cemento blanco
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Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela Ingeniería en Construcción
CARACTERIZACIÓN DEL CEMENTO
BLANCO
Tesis para optar al título de:
Ingeniero Constructor.
Profesor Guía:
Sr. José Arrey Díaz.
Constructor Civil, especialidad Hormigones.
Experto en Prevención de Riesgos Ocupacionales.
GIOVANA DAMARIS NAVARRETE ANABALÓN
VALDIVIA — CHILE
2006
Dedicada a quienes más amo… A mis padres Flor y Cipriano,
A mis hermanos y sobrinos, A mi novio Jorge,
A Dios.
AGRADECIMIENTOS
Quisiera dar las gracias a mi familia, en especial a mis padres, por su
enorme esfuerzo y constante apoyo durante todos estos años.
A mi pololo Jorge, que me acompañó y apoyó durante todos mis años de
Universidad. Gracias, Te Amo.
También quisiera agradecer el importante respaldo recibido por parte de
mi profesor guía don José Arrey Díaz. Gracias por su tiempo, confianza e
importante colaboración.
De forma muy especial deseo agradecer a Leo, Marcelo y Rodrigo, del
laboratorio LEMCO, por su buena disposición e importante ayuda durante la
realización de mis ensayos.
ÍNDICE
- RESUMEN
- SUMMARY
- INTRODUCCIÓN
- OBJETIVOS
PÁG.
CAPÍTULO I: CEMENTO 1
1.1.- ASPECTOS GENERALES 1
1.2.- COMPOSICIÓN DEL CEMENTO 3
1.2.1.- MATERIAS PRIMAS 3
1.3.- PROCESO DE FABRICACIÓN 6
1.3.1.- PRIMERA ETAPA – OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS 7
1.3.2.- SEGUNDA ETAPA – FABRICACIÓN DEL CLINQUER 8
1.3.3.- TERCERA ETAPA – MOLIENDA DE CEMENTO 10
1.4.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS — PROPIEDADES DEL CEMENTO 11
1.5.- CEMENTOS FABRICADOS EN CHILE 15
1.5.1.- COMPOSICIÓN 15
1.5.2.- CLASIFICACIÓN 16
CAPÍTULO II: CEMENTO BLANCO 23
2.1.- GENERALIDADES 23
2.2.- COMPOSICIÓN 24
2.2.1.- MATERIAS PRIMAS 24
2.2.2.- COMPONENTES QUÍMICOS 25
2.2.3.- COMPONENTES SECUNDARIOS 28
2.3.- FABRICACIÓN 28
2.3.1.- PROCESO DE ELABORACIÓN – PREPARACIÓN MECÁNICA 29
2.4.- CONTROL DEL COLOR ─ BLANCURA Y GRADUACIÓN DEL CEMENTO BLANCO 36
CAPÍTULO III: DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA ─ PROCESO DE CARACTERIZACIÓN 44 3.1.- GENERALIDADES 44
3.2.- METODOLOGÍA DE TRABAJO 44
3.3.- MATERIALES UTILIZADOS 45
3.3.1.- CEMENTOS 45
3.3.2.- ÁRIDOS 46
3.3.3.- AGUA 47
3.4.- ACONDICIONAMIENTO 47
3.5.- ENSAYOS 48
3.5.1.- DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL DE LA PASTA DE CEMENTO 48
3.5.2.- DETERMINACIÓN DE LOS TIEMPOS DE FRAGUADO INICIAL Y FINAL DE LA
PASTA DE CEMENTO 51
3.5.3.- DETERMINACIÓN DE LA TRABAJABILIDAD DEL MORTERO DE CEMENTO –
MÉTODO ASENTAMIENTO DEL CONO (CONO REDUCIDO) 52
CAPITULO IV: RESULTADOS 60 4.1.- CONSISTENCIA NORMAL DE LA PASTA DE CEMENTO 60
4.2.- TIEMPOS DE FRAGUADO INICIAL Y FINAL DE LA PASTA DE CEMENTO 61
4.3.- TRABAJABILIDAD DEL MORTERO DE CEMENTO ─ MÉTODO DEL ASENTAMIENTO
DEL CONO 63
4.4.- RESISTENCIAS MECÁNICAS DEL MORTERO DE CEMENTO 64
4.4.1.- RESULTADOS ENSAYO DE RESISTENCIAS A LA FLEXIÓN 64
4.4.2.- RESULTADOS ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL MORTERO DE
CEMENTO. 67
CAPÍTULO V: CONCLUSIONES 70 - ANEXO A - BIBLIOGRAFÍA
ÍNDICE DE TABLAS
PÁG
TABLA 1-1.- COMPOSICIÓN DE ÓXIDOS EN EL CLINQUER DE CEMENTO GRIS. 7
TABLA 1-2.- CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS SEGÚN SU COMPOSICIÓN. 18
TABLA 1-3.- CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS SEGÚN SU RESISTENCIA. 18
TABLA 1- 4.- CLASES DE CEMENTOS PRODUCIDOS POR CEMENTERAS NACIONALES 19
TABLA 1- 5.- CARACTERÍSTICAS DE LOS CEMENTOS Y ENSAYOS NORMALIZADOS. 21
TABLA 2-1.- COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINQUER BLANCO Y GRIS DE CEMENTO
DE PORTLAND 27
TABLA 2-2.- MINERALES PRINCIPALES DEL CLINQUER DE CEMENTO PORTLAND 34
TABLA 4-1.- RESULTADOS ENSAYO DE CONSISTENCIA NORMAL DE LAS PASTAS 60
TABLA 4-2.- RESULTADOS ENSAYO DE DETERMINACIÓN DEL INICIO Y TÉRMINO DE
FRAGUADO DE LAS PASTAS DE CEMENTO. 61
TABLA 4-3.- EVOLUCIÓN DEL PROCESO DE FRAGUADO. PENETRACIONES MEDIDAS
DESDE EL FONDO DEL MOLDE. 62
TABLA 4-4.- RESULTADOS ENSAYO DE TRABAJABILIDAD DEL MORTERO DE CEMENTO
(ASENTAMIENTO DEL CONO). 63
TABLA 4-5.- VARIACIÓN PORCENTUAL ENTRE EL ASENTAMIENTO DEL CONO
(TRABAJABILIDAD) DE LOS CEMENTOS BLANCOS RESPECTO DE LOS CEMENTOS
GRISES. 64
TABLA 4-6.- RESULTADOS ENSAYO DE RESISTENCIAS A LA FLEXIÓN DEL MORTERO
DE CEMENTO. 65
TABLA 4-7.- VARIACIÓN PORCENTUAL DE LA FLEXIÓN DE LOS CEMENTOS BLANCOS
C/R AL CEMENTO GRIS CORRIENTE. 65
TABLA 4-8.- VARIACIÓN PORCENTUAL DE LA FLEXIÓN DEL CEMENTO BLANCO
C/R AL CEMENTO GRIS ALTA RESISTENCIA. 66
TABLA 4-9.- RESULTADOS ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL MORTERO
DE CEMENTO. 67
TABLA 4-10.- VARIACIÓN PORCENTUAL DE LA RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN
DE LOS CEMENTOS BLANCOS C/R AL CEMENTO GRIS CORRIENTE. 68
TABLA 4-11.- VARIACIÓN PORCENTUAL DE LA RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN DE LOS
CEMENTOS BLANCOS C/R AL CEMENTO GRIS ALTA RESISTENCIA 68
ÍNDICE DE GRÁFICOS PÁG GRÁFICO 4-1.- PORCENTAJES DE AGUA DE CONSISTENCIA NORMAL REQUERIDA POR
LOS CEMENTOS BLANCOS EN RELACIÓN A LOS CEMENTOS GRISES. 60
GRÁFICO 4-2.- PENETRACIONES Y DESARROLLO DEL PROCESO DE FRAGUADO DE
CEMENTOS BLANCOS Y GRISES. 63
GRÁFICO 4-3.- EVOLUCIÓN DE LAS RESISTENCIAS A ESFUERZOS DE FLEXIÓN 65
GRÁFICO 4- 4.- EVOLUCIÓN DE LAS RESISTENCIA A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN 67
GRÁFICO 5-1.- TIEMPOS DE FRAGUADO INICIAL Y FINAL DE LOS CEMENTOS BLANCOS
RESPECTO DE LOS MÍNIMOS EXIGIDOS POR LA NCH 148. 71
GRÁFICO 5-2.- RESISTENCIAS A LA FLEXIÓN DE LOS CEMENTOS BLANCOS RESPECTO
DE LOS MÍNIMOS EXIGIDOS POR LA NCH 148. 72
GRÁFICO 5-3.- RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN DE LOS CEMENTOS BLANCOS
RESPECTO DE LOS MÍNIMOS EXIGIDOS POR LA NCH 148. 74
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁG IMAGEN 2-1.- HORMIGÓN PIGMENTADO 39
IMAGEN 2-2.- VISTA PANEL ARQUITECTÓNICO REFORZADO CON FIBRA DE
VIDRIO. 40
IMAGEN 2-3.- LECHADA PIGMENTADA EN BASE A CEMENTO BLANCO. 41
IMAGEN 2-4.- AZULEJOS ENLAZADOS CON CEMENTO BLANCO 42
IMAGEN 2-5.- ADOQUINES DE CEMENTO BLANCO. 42
IMAGEN 3-1.- PREPARACIÓN PASTA NORMAL DE CEMENTO BLANCO (1) 49
IMAGEN 3-2.- PREPARACIÓN PASTA NORMAL DE CEMENTO BLANCO (2) 49
IMAGEN 3-3.- VACIADO PASTA NORMAL DE CEMENTO BLANCO AL MOLDE
TRONCO - CÓNICO 50
IMAGEN 3-4.- ENRASADO 50
IMAGEN 3-5.- APARATO DE VICAT Y SONDA TETMAYER 50
IMAGEN 3-6.- APARATO DE VICAT Y AGUJA DE VICAT 52
IMAGEN 3-7.- PREPARACIÓN DE MORTERO NORMAL (MÉTODO MEZCLADO
MANUAL) 53
IMAGEN 3- 8.- MEDICIÓN DEL ASENTAMIENTO DEL CONO 54
IMAGEN 3-9.- LLENADO DE MOLDES RILEM 55
IMAGEN 3-10.- COMPACTACIÓN MANUAL 56
IMAGEN 3-11.- ENRASADO DE MOLDES RILEM 56
IMAGEN 3-12.- MOLDE IDENTIFICADO Y CONSERVADO EN CÁMARA HÚMEDA
57
IMAGEN 3-13.- PROBETAS DESMOLDADAS Y SUMERGIDAS EN AGUA 57
IMAGEN 3-14.- PRENSA CBR PARA ENSAYOS DE FLEXIÓN 58
IMAGEN 3-15.- MÁQUINA PARA ENSAYO DE COMPRESIÓN 59
IMAGEN 3-16.- ENSAYO DE COMPRESIÓN 59
RESUMEN
Determinar las propiedades del cemento blanco y evaluar su
desempeño respecto del cemento gris convencional son el objetivo central de
esta tesis.
Se analizaron los cementos blancos de las marcas comerciales Tolteca,
Huascarán y Puma, el estudio incluyó además, el análisis de los cementos grises
de grado corriente Bio-Bio y de alta resistencia Melón.
El proceso de caracterización se guió por los métodos que establece la
normativa chilena de clasificación y control de calidad del cemento “NCh
148.Of68”.
Mediante la preparación de pastas de cemento con distintas
proporciones de agua, se determinó la cantidad de agua necesaria para alcanzar
la consistencia normal de cada una de las pastas; Con las dosis de agua
resultantes de la prueba de consistencia normal, se prepararon pastas de
cemento de consistencia normal a las cuales se midió los tiempos de inicio y fin
de fraguado ; Se evaluó la trabajabilidad en cinco mezclas de mortero normal en
estado fresco, según el método de asentamiento del cono (cono reducido);
Finalmente se realizaron pruebas para evaluar las resistencias a la flexión y
compresión en 75 probetas cúbicas de mortero normal después de 3, 7, 14, 21
y 28 días de preparadas.
El estudio permitió distinguir las siguientes diferencias entre el
comportamiento de aglomerantes blancos y grises: Se comprobó que los
cementos blancos solicitan menores dosis de agua para alcanzar la consistencia
normal, desarrollan su proceso de fraguado en un menor tiempo, poseen una
mayor trabajabilidad y que, a excepción del aglomerante blanco Puma,
desarrollan altas resistencias mecánicas.
SUMMARY
To determine the properties of the white cement and to evaluate its
performance respect to the conventional gray cement are the central objective of
this thesis.
The white cements were analyzed from the trademarks Tolteca,
Huascarán and Puma. In addition the study included the analysis of gray cements
in the current Bio - Bio and high resistance degree Melon.
The characterization process was guided by the methods that the
Chilean classification norm and quality control of cements “NCh 148.Of68”
establish.
Through the pastes preparation with different water doses, it was
determined the necessary amount of water to reach the normal consistency of
each cement pastes; With the water doses resulting from the normal consistency
test, cement pastes of normal consistency were prepared in which process the
Times of setting were measured. The workability was evaluated in five mixtures
of normal mortar in fresh condition according to the reduction cone method.
Finally several tests were made to evaluate the Flexion and Compression
resistance in 75 cubical normal mortar tubes after 3, 7, 14, 21 and 28 days of
being prepared.
The study allowed distinguishing the existing differences between the
behavior of white and gray folders, it was verified that white cements need less
water doses to reach the normal consistency and they develop their forge process
in a smaller time, they have a great workability with the exception of the white
cement Puma, they develop high mechanical resistances.
INTRODUCCIÓN
La necesidad de incrementar las alternativas disponibles en torno a los
sistemas cementantes aumenta día a día; exigencias ambientales, económicas,
energéticas y también exigencias técnicas así lo imponen. Ante este escenario, el
cemento ha presentado en los últimos años una notable evolución que ha
desterrado el concepto de cemento multipropósito, y hoy es posible hablar de
cementos especializados, que difieren del propósito general de la producción
masiva por que adaptan sus características a las necesidades específicas del
usuario y del proyecto generando beneficios que permiten lograr resistencias
estructurales adecuadas y acelerar los procesos constructivos.
Una variedad clasificada para “uso especial” es el Cemento Blanco;
éste, que durante años fue utilizado solamente como fragua o pegamento para
cerámica, se presenta en la actualidad como un material vanguardista capaz de
satisfacer las exigencias de la construcción actual, desarrollando altas resistencias
mecánicas además del valor agregado que le otorgan sus cualidades estéticas y
decorativas.
Factores como su costo, susceptiblemente más alto al cemento gris
(casi el doble), ocasionado por la exhaustividad de su proceso productivo,
materias primas y a los gastos que genera su importación; además del reemplazo
de su uso tradicional como mortero de pega por morteros especializados, han
determinado que su consumo en nuestro país represente apenas el 1% del
consumo total de cemento.
Sin embargo, el importante desarrollo económico de nuestro país, ha
permitido más audacia y mayores exigencias en los proyectos constructivos,
poco a poco los profesionales chilenos se suman a la tendencia mundial en
arquitectura y construcción que apuesta por la utilización del cemento blanco; en
este sentido, ampliar el campo de conocimiento acerca del producto sin duda
resulta de suma eficacia; la Caracterización de las propiedades de esta variedad
de aglomerante, se presenta como una herramienta capaz de proporcionarnos la
información necesaria acerca de los procesos, además de validar la calidad real
del producto, constatando el cumplimiento de las exigencias técnicas
establecidas por la normativa chilena.
En razón de lo anterior, esta memoria de título se concentra en el
estudio y caracterización de tres tipos de Cemento Blanco, mediante los métodos
y normativas de control de calidad del cemento, dirigidos sobre la base de la
caracterización de morteros de cemento, abordando además, la evaluación de sus
propiedades respecto de las que posee el cemento gris convencional en sus
variedades corriente y de alta resistencia.
OBJETIVOS
— Objetivo general:
• Caracterizar el Cemento Blanco, determinando sus propiedades más
significativas; y evaluar su desempeño respecto del cemento gris convencional.
— Objetivo específico:
• Realizar los ensayos correspondientes, basados en la Norma Chilena
Oficial NCh 148.Of68, tendientes a determinar en tres variedades comerciales de
cemento blanco, las siguientes propiedades físicas:
—Consistencia Normal.
—Tiempos de Inicio y Fin de Fraguado.
—Trabajabilidad.
—Resistencias Mecánicas.
• Simultáneamente y en igualdad de condiciones determinar las mismas
propiedades en los cementos grises de grados corriente y alta resistencia, a fin
de constatar las diferencias más relevantes en el comportamiento de
aglomerantes blancos y grises.
CAPÍTULO I
CEMENTO
1.1.- Aspectos Generales
El cemento es un material inorgánico finamente pulverizado, de color
gris o blanco que, al agregarle agua, ya sea sólo o mezclado con arena, grava u
otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer incluso bajo
el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que una vez
endurecido, conserva su resistencia y estabilidad. Cuando el cemento es
mezclado con agua y arena forma mortero, y cuando es mezclado con arena y
piedras pequeñas forma una piedra artificial llamada concreto.
En sentido genérico, el cemento se puede definir como un material con
propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la capacidad de unir fragmentos
sólidos, para formar un material resistente y durable. Esta definición incluye gran
cantidad de materiales cementantes como las cales, los asfaltos, etc. No
obstante, los cementos que más importan desde el punto de vista de la
tecnología del concreto son los cementos calcáreos que tengan propiedades
hidráulicas, es decir, que desarrollen sus propiedades (fraguado y adquisición de
resistencia) cuando se encuentran en presencia de agua, como consecuencia de
la reacción química entre los dos materiales.
El cemento posee diversas aplicaciones, como la obtención de hormigón
por la unión de arena y grava con cemento (es el más usual), para pegar
superficies de distintos materiales o para revestimientos de superficies a fin de
protegerlas de la acción de sustancias químicas. El cemento tiene diferentes
composiciones para usos diversos. Puede recibir el nombre del componente
principal, como el cemento calcáreo, que contiene óxido de silicio, o como el
cemento epoxiaco, que contiene resinas epoxídicas; o de su principal
1
característica, como el cemento hidráulico o el cemento rápido. Los cementos
utilizados en la construcción se denominan en algunas ocasiones por su origen,
como el cemento romano, o por su parecido con otros materiales, como el caso
del cemento Portland, que tiene cierta semejanza con la piedra de Portland,
utilizada en Gran Bretaña para la construcción. Los cementos que resisten altas
temperaturas se llaman cementos refractantes.
El denominado cemento Portland, fue patentado1,1 en 1824 y desde finales del
siglo XIX el hormigón, producto basado en el cemento Portland, se ha convertido
en uno de los materiales de construcción más apreciados. Los cementos Portland
típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico
(3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con
pequeñas cantidades de compuestos de hierro y magnesio. Para retardar el
proceso de endurecimiento se suele añadir yeso.
Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de
agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce
por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice (dióxido de silicio)
hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo
las partículas de arena o piedras —siempre presentes en las mezclas de
argamasa de cemento — para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa
del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final
de la mezcla. La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero
mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios años. El
proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de cemento se conoce como
curado, y durante el mismo se desprende calor.
1,1 El inglés Joseph Aspdin obtuvo en 1824 una patente para un cemento que él produjo en su cocina. El inventor calentó una mezcla de piedra caliza y de arcilla en la estufa de su cocina y molió la mezcla la que finalmente resultó en un polvo de cemento hidráulico que endurece con la adición de agua. Aspdin nombró el producto que produjo como Cemento Portland porque una vez fraguado presentaba un color similar a la piedra sacada en la isla de Portland en la costa británica.
2
El proceso productivo del cemento comienza con la extracción de las
materias primas (calizas y arcillas) desde canteras mediante perforaciones y
voladuras. Posteriormente, las piezas extraídas pasan por procesos de trituración
y molienda, mezclándose con diversos elementos adicionales como hierro, yeso,
escoria, arena u otros. El resultado del proceso de molienda, previo paso por silos
de homogenización es el “crudo”, que en un horno rotatorio se somete a
temperaturas superiores a los 1450° centígrados, para obtener el “clinquer”.
Dependiendo de los niveles de clinquer y otros elementos adicionales (escoria,
sílice, puzolana, caliza, filler calcárea, entre otros) y a los porcentajes utilizados
de los mismos en la composición del producto final los cementos pueden ser
catalogados bajo diferentes tipos, los que pueden ser divididos genéricamente en
cementos grises y cementos blancos, la mayoría de los cementos comercializados
en Chile y a nivel mundial corresponde a cementos grises.
1.2.- Composición del cemento
1.2.1.- Materias Primas
—Caliza (carbonato de calcio CaCo3)
La caliza es una roca sedimentaria menos compacta que el mármol,
compuesta en su mayoría por carbonato cálcico. Es muy abundante y su origen
puede ser orgánico o químico. Otros componentes presentes en su composición
son el óxido de hierro, fósiles y otros minerales, estos componentes son
necesarios para la formación del clinquer en las etapas posteriores.
Para obtener la caliza existen diferentes métodos de extracción, ya sea
a tajo abierto (sobre el manto terrestre), o como también por métodos
subterráneos. Este último método es escaso y costoso pero a diferencia del otro
3
método (a tajo abierto), la caliza extraída es mas pura, siendo de mejor calidad.
En Chile, existe solo un yacimiento subterráneo llamado Mina Navio, ubicado en
Calera y que pertenece a Cementos Melón.
La caliza es la roca más importante en la fabricación del cemento
proporcionando el óxido de calcio (CaO),
—Arcillas, (SiO2, Al2O3, Fe2O3)
La arcilla es un mineral procedente de la descomposición de rocas que
contienen feldespato1,2 por ejemplo granito, originada en un proceso natural que
demora decenas de miles de años. Físicamente se considera un coloide1,3, de
partícula extremadamente pequeña y superficie lisa. Químicamente es un silicato
hidratado de alúmina, cuya fórmula es Al2O3-2SiO2-2H2O.
Se caracteriza por adquirir plasticidad al mezclarla con agua, y también
sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800º C.
Las arcillas se forman esencialmente por sílice, por alúmina y por
hierro. Su contenido es variable de una arcilla a otra. Las arcillas utilizadas están
constituidas generalmente por varios minerales en proporciones variables. La
arcilla proporciona SiO2 y Al2O3.
—Yeso
Piedra natural, muy suave, de color blanco y rica en sulfatos de calcio
que, en pequeña proporción, se adiciona en la fabricación del cemento para que
actúe como retardador de fraguado.
1,2 Los feldespatos son grupos de minerales constituyentes fundamentalmente de las rocas ígneas aunque pueden encontrarse en cualquier tipo de roca. Los feldespatos corresponden a los silicatos de aluminio y de calcio, sodio o potasio, o mezclas de esas bases. 1,3 Coloide, es un sistema físico compuesto por dos fases: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas, por lo general sólidas, de tamaño mesoscópico (es decir, a medio camino entre los mundos macroscópico y microscópico). Así, se trata de partículas que no son apreciables a simple vista, pero mucho más grandes que cualquier molécula.
4
— Adiciones (Puzolana, escoria, etc.)
Las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos quienes por sí
solos poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido
finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el
hidróxido de calcio a temperatura ambiente para formar compuestos con
propiedades cementantes.
Los principales tipos de puzolanas son:
Puzolanas Naturales
• Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido
por enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcánicas, la piedra
pómez, las tobas, la escoria.
• Rocas o suelos en las que el constituyente silíceo contiene ópalo1,4, ya sea
por la precipitación de la sílice de una solución o de los residuos de organismos
de lo cual son ejemplos las tierras de diatomeas1,5, o las arcillas calcinadas por
vía natural a partir de calor o de un flujo de lava.
Puzolanas Artificiales
• Cenizas volantes: Las cenizas que se producen en la combustión de carbón
mineral, fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad.
• Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: Por ejemplo residuos de la
quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a
temperaturas superiores a los 800 ºC.
1,4 El ópalo es un gel producto de deposición de aguas termales, encontrándose en nódulos concrecionales en algunas rocas sedimentarias. Forma el esqueleto de algunos animales y plantas, siendo a menudo el elemento fosilizador de estas últimas. 1,5 Las diatomeas son algas unicelulares, que cuando mueren, los restos de su esqueleto se depositan en los lechos acuíferos en capas masivas. En esos lechos encontramos el material fosilizado, que se denomina diatomea, con una envoltura silícica externa que hace que su forma se conserve de manera permanente e indestructible.
5
• Escorias de fundición: Principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas
en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr
que adquieran una estructura amorfa.
—Correctores
Muchas veces es necesario equilibrar determinados componentes
(óxidos) empleando otros materiales que contengan el oxido que se desea
corregir.
1.3.- Proceso de fabricación
Existe una gran variedad de cementos según la materia prima base y
los procesos utilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de vía seca y
procesos de vía húmeda. La elección de una u otra vía está condicionada
esencialmente por el contenido de agua de las materias primas disponibles.
—Todos los procesos tienen las siguientes etapas o sub-procesos en común:
• Etapa I: Obtención y Preparación de las materias primas.
• Etapa II: fabricación del clinquer (calizas + arcillas + correctores).
• Etapa III: molienda de cemento (clinquer + yeso + adición).
6
1.3.1.- Primera etapa ─ Obtención y Preparación de las Materias
Primas
El proceso de fabricación del cemento comienza con la obtención de las
materias primas necesarias para conseguir la composición deseada de óxidos
metálicos para la producción de clínquer. Calizas, arcillas, arena, mineral de
hierro y yeso se extraen de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y
ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una
vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados
por los molinos de crudo.
— El clínquer se compone de los siguientes óxidos (datos en %) (Tabla 1-1.-).
Tabla 1-1.- Composición de óxidos en el clinquer de cemento gris.
Óxido Fórmula Cantidad (%)
60 ─ 69
18 ─ 24
4 ─ 8
1 ─ 8
CaO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Óxido de calcio "Cal"
Óxido de silicio
Óxido de aluminio "Alumina"
Óxido de hierro
Fuente: www.ieca.es/fabcemento
La obtención de la proporción adecuada de los distintos óxidos se
realiza mediante la dosificación de los minerales de partida:
• Caliza para el aporte de CaO.
• Arcilla para el aporte del resto óxidos.
Las materias primas son transportadas a la fábrica de cemento donde
se descargan para su almacenamiento.
7
La prehomogenización realizada mediante diseños adecuados del
apilamiento y la extracción de los materiales en los almacenamientos reduce la
variabilidad de los mismos.
Los estudios de composición de los materiales en las distintas zonas de
cantera y los análisis que se realizan en fábrica permiten dosificar la mezcla de
materias primas para obtener la composición deseada.
1.3.2.- Segunda etapa – Fabricación del Clinquer
— Tratamiento de las Materias Primas, (Calizas + Arcillas +
Correctores)
Dependiendo de la naturaleza de las materias primas y de las
condiciones en que llegan a la planta de cemento, pueden sufrir uno o varios
tratamientos primarios como:
• Horneado.
• Chancado.
• Homogeneización.
• Secado.
• Almacenamiento en cancha de acuerdo a características físicas.
—Dosificación de las materias primas
Las características y la calidad del clinquer, dependen de los
compuestos mineralógicos, es decir, del porcentaje en que está presente cada
uno de los óxidos antes mencionados.
Es así que la dosificación de las materias primas estará condicionada al
tipo de clinquer que se desea producir y de las características mineralógicas de
las materias primas.
8
—Molienda de crudo
La molienda de las materias primas tiene por objeto reducirlas de
tamaño a un estado pulverulento, para que puedan reaccionar químicamente
durante la clinquerización, al mismo tiempo que se obtiene el mezclado de los
distintos materiales.
—Homogeneización
La homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de
si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. Consiste en
mezclar los distintos materiales, a tal punto que en cualquier punto de la mezcla
que se tome, deben estar presentes los componentes en las proporciones
previstas. El material es llevado por medio de bandas transportadoras o molinos,
con el objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de medio
milímetro. En ésta etapa se establece la primera gran diferencia de los sistemas
de producción del cemento, (procesos por vía húmeda y procesos por vía seca,
dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales).
En el caso de la utilización de calizas de alta ley el proceso se realiza por vía seca,
es decir, mediante silos de homogeneización, donde el crudo se agita por la
inyección de aire comprimido en patios de materia prima con el uso de
maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el
consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida
con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker
requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas. En el proceso húmedo
la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí
hasta los hornos en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los
1500 °C.
9
—Clinquerización
Los materiales homogeneizados se calientan en el horno, hasta llegar a
la temperatura de fusión incipiente (1400 a 1500°C). Para calcinar los materiales
se pueden utilizar hornos verticales u hornos rotatorios, siendo estos últimos los
más usados. A la salida del horno el enfriamiento del clínquer se hace con aire
que pasa a través de sistemas de parrilla móvil, o bien, a través de tubos
planetarios que giran solidarios al horno. De estos sistemas el clínquer sale con
una temperatura inferior a los 150°C.
1.3.3.- Tercera etapa – Molienda de Cemento
La molienda consiste en reducir el clinquer, yeso y otros componentes a
un polvo fino de tamaño inferior a 150 micrones. La molienda se realiza en
molinos de bolas, que consisten en tubos cilíndricos divididos en dos o tres
cámaras que giran a gran velocidad con diversos tamaños de bolas en su interior.
Existen dos tipos de procesos de molienda:
• Abierto: En que el material entra por un extremo y sale terminado por
el otro extremo.
• Cerrado: El material entra por un extremo y sale por el otro extremo
hacia un separador que devuelve las partículas gruesas al molino.
El producto que completó su etapa de fabricación en el molino de
cemento, es almacenado en silos de hormigón, los cuales disponen de equipos
adecuados para mantener el cemento en agitación y así se evita la separación por
decantación de los granos gruesos o la aglomeración.
10
—Envasado
El cemento se puede despachar en bolsas de papel o a granel. Las
bolsas de papel deben cumplir con ciertos requisitos de resistencia e
impermeabilidad. El transporte a granel se hace por lo general en depósitos
metálicos y herméticos, en cuyo caso la descarga se realiza con inyección de aire.
• Bolsas de papel 42.5 kg.
• Granel en camión silo.
1.4.- Características Físicas — Propiedades del Cemento
La mayor parte de especificaciones para el cemento limitan su
composición química y sus propiedades físicas. La comprensión del significado de
algunas de estas propiedades físicas es útil para interpretar los resultados de las
pruebas que se efectúan al cemento. En general, las pruebas de las propiedades
físicas del cemento deben ser utilizadas exclusivamente para evaluar las
propiedades del cemento más que para el concreto.
—Finura
La finura se define como la medida o tamaño de las partículas que
componen el cemento; se expresa en cm²/gr. lo cual llamamos superficie de
contacto o superficie específica. La finura del cemento es su característica física
principal, ya que como las reacciones de hidratación se producen en la superficie
de los granos, sucede que cuanto más pequeño son éstos, más rápido es el
desarrollo de la resistencia así, un cemento de alta resistencia inicial puede
obtenerse con sólo moler más fino el mismo clínquer de un cemento corriente.
11
Este aumento de resistencia es notable a edades tempranas; pero
con el tiempo los cementos portland de distinta finura tienen igual resistencia.
La finura de la molienda influye también en el calor de hidratación, que
se desarrolla más rápidamente en los cementos más finos. La mayor finura
confiere mayor trabajabilidad al hormigón a igual dosis de agua; en esas
condiciones los cementos más finos tienen el inconveniente de su mayor
retracción, pero ésta queda compensada en la práctica, pues a igual
trabajabilidad exigen menos agua, y ésta influye en la retracción. Por otra parte,
los cementos más finos tienen menos exudación.
Los efectos que una mayor finura provoca sobre la resistencia se
manifiestan principalmente durante los primeros siete días.
—Expansión Autoclave
Se refiere a la capacidad de una pasta endurecida para conservar su
volumen después del fraguado. La expansión destructiva retardada o falta de
sanidad es provocada por un exceso en las cantidades de cal libre o de magnesia.
Casi todas las especificaciones para el cemento portland limitan los contenidos de
magnesia, así como la expansión registrada en la prueba de autoclave. Desde
que en 1943 se adoptó la prueba de expansión en autoclave (ASTM C 151),
prácticamente no han ocurrido casos de expansión anormal que puedan atribuirse
a falta de sanidad.
—Consistencia Normal
Al agregar agua al cemento se produce una pasta (cemento mas agua),
contiene fluidez a medida que se le va aumentando el contenido de agua. La
consistencia normal es un estado de fluidez alcanzado por la pasta del cemento
que tiene una propiedad óptima de hidratación. Se expresa como un porcentaje
en peso o volumen de agua con relación al peso seco del cemento.
12
W agua / W cemento = % Consistencia Normal.
Por ejemplo 30% de la consistencia significa que por cada 100gr de
cemento hay que agregar el 30% de agua.
Durante el ensayo de cemento, se mezclan pastas de consistencia
normal, misma que se define por una penetración de 6 ±1 mm de la aguja de
Vicat, mientras se mezclan morteros para obtener ya sea una relación agua-
cemento fija o para producir una cierta fluidez dentro de un rango dado. Ambos
métodos, el de consistencia normal y el de la prueba de fluidez sirven para
regular los contenidos de agua de las pastas y morteros respectivamente, que
serán empleados en pruebas subsecuentes. Ambos permiten comparar distintos
ingredientes con la misma penetración o fluidez.
—Tiempo de fraguado
El fraguado se define como el cambio de estado físico que sufre una
pasta desde la condición blanda hasta la rigidez; Para determinar si un cemento
fragua de acuerdo con los tiempos especificados en la norma NCh 152, se
efectúan pruebas usando el aparato de Vicat o la aguja de Gillmore. El fraguado
inicial de la pasta de cemento no debe ocurrir demasiado pronto; el fraguado final
tampoco debe ocurrir demasiado tarde. Los tiempos de fraguado indican si la
pasta esta desarrollando sus reacciones de hidratación de manera normal. El yeso
regula el tiempo de fraguado en el cemento. También influyen sobre el tiempo de
fraguado la finura del cemento, la relación agua-cemento, y los aditivos usados.
Los tiempos de fraguado de los concretos no están relacionados directamente con
los tiempos de fraguado de las pastas debido a la pérdida de agua en el aire
(evaporación) o en los lechos y debido a las diferencias de temperatura en la
obra en contraste con la temperatura controlada que existe en el laboratorio.
13
—Resistencias Mecánicas — Flexión y Compresión
Los cementos deben ser capaces de conferir resistencias iguales o
superiores a las determinadas por las normas, en probetas preparadas con un
mortero cuyos componentes, fabricación, conservación y ensayos están
normalizados (NCh 158 Of67). La norma chilena utiliza estas probetas para
realizar el ensayo de flexotracción y las dos partes resultantes luego se ensayan
a compresión.
—Pérdida por Calcinación
La pérdida por calcinación del cemento portland se determina
calentando una muestra de cemento de peso conocido a 900 ºC a 1000ºC hasta
que se obtenga un peso constante. Se determina entonces la pérdida en peso de
la muestra. Normalmente una pérdida por calcinación elevada indica
prehidratación y carbonatación, que pueden ser causadas por un almacenamiento
prolongado e inadecuado o por adulteraciones durante el transporte y la
descarga.
—Peso Específico
El peso específico expresa la relación entre la muestra de cemento y el
volumen absoluto.
Peso específico = m / V absoluto.
Donde; m = muestra del cemento,
V absoluto = Volumen de la materia sólida.
El peso específico del cemento debe estar entre 3.10 a 3.15 gr. /cm3. El
valor del peso específico no indica la calidad de un tipo de cemento, sino que su
14
valor es usado para el diseño de la mezcla. Con el valor del peso específico se
pueden encontrar otras características del concreto.
Para determinar el peso específico del cemento existen cuatro métodos:
Método De Le Chetalier, Método de Schuman, Método de Candlot, Método
Picnómetro, todos los métodos anteriores tienen la misma finalidad , que es
determinar el volumen del líquido que desplaza una cantidad de cemento, el
líquido no debe reaccionar con el cemento.
1.5.- Cementos fabricados en Chile
1.5.1.- Composición
La norma NCh 148. Of68 señala con respecto a la composición de los
distintos cementos fabricados en Chile, que todos ellos contienen como base de
su composición, en porcentaje variable de uno a otro, clinquer portland, las
adiciones minerales puzolana y escoria, completan el porcentaje faltante según el
tipo de cemento.
—Clinquer Portland
Producto intermedio en la fabricación del cemento, principal
componente de este último. Se trata del producto obtenido por calcinación a
1.500ºC de una mezcla de caliza y arcilla finamente molida en proporciones
adecuadas, formada principalmente por óxidos de calcio (CaO) y silicio (SiO2) y
por óxidos de aluminio (Al2O3) y fierro (Fe2O3) en proporciones menores.
15
—Adiciones
• Puzolana
Es un material silíceo-aluminoso que aunque no posee propiedades
aglomerantes por sí solo, las desarrolla cuando está finamente dividido y en
presencia de agua, por reacción química con hidróxido de calcio a temperatura
ambiente.
• Escoria
Es el Producto que se obtiene por enfriamiento brusco de la masa
fundida no metálica que resulta del tratamiento del mineral de hierro en alto
horno. Este producto tiene como constituyentes principales silicatos y sílico-
aluminatos de calcio y su composición química cumple los requisitos establecidos
en norma chilena NCh 148.
1.5.2.- Clasificación
La norma NCh 148. Of68 establece dos clasificaciones para los
cementos, según su composición y su resistencia:
1.5.2.1.- Clasificación según su composición
La norma NCh 148, clasifica a los cementos en cinco clases, de acuerdo
a su composición.
—Clase Portland
• Cemento Portland: es el producto que se obtiene de la molienda
conjunta de clinquer y yeso y que puede aceptar hasta un 3% de materias
extrañas, excluido el sulfato de calcio hidratado.
16
—Clase Siderúrgico
• Cemento Siderúrgico: es el cemento cuya composición es escoria básica
de alto horno en proporciones comprendidas entre el 30% y 75% del producto
terminado.
• Cemento Portland Siderúrgico: es el cemento cuya composición será
escoria básica granulada de alto horno en una proporción no superior al 30% en
peso del producto terminado.
—Clase con agregado tipo A
Cemento con Agregado tipo A: Es el cemento en cuya composición entrará el
agregado tipo A1,6 en una proporción comprendida entre el 30% y el 50% en
peso del producto terminado.
• Cemento Portland con Agregado tipo A: Es el cemento en cuya
composición entrará agregado tipo A, en una proporción no superior a 30% en
peso del producto terminado.
—Clase Puzolánico
• Cemento Puzolánico: es el cemento cuya composición contendrá
puzolana en una proporción comprendida entre el 30% y 50% en peso del
producto terminado.
• Cemento Portland Puzolánico: es el cemento en cuya composición
entrará puzolana en una proporción no superior al 30% en peso del producto
terminado.
1,6 Según definición de la norma NCh 148. Of68, el agregado tipo A, es una mezcla de substancias compuestas de un material calcáreo arcilloso, que ha sido calcinado a una temperatura superior a 900° C y otros materiales a base de óxidos de silicio, aluminio y fierro.
17
—Clase para Usos Especiales
• Cemento con Fines Especiales: Es el cemento en cuya composición
entraran los productos que se empleen normalmente en la fabricación de
cementos, cuyos requisitos y propiedades se establecen por acuerdo previo entre
productor y consumidor para cumplir determinados fines.
Tabla 1-2.- Clasificación de los Cementos según su Composición.
Denominación
Clinquer Puzolana Escoria
Portland 100% – –
Portland Puzolánico > 70% < 30% –
Portland siderúrgico > 70% – < 30%
Puzolánico 50 - 70% 30 - 50% –
Siderúrgico 25 - 70% – 30 - 75%
Proporción de los componentes
Fuente: Compendio tecnología del hormigón.
1.5.2.2.- Clasificación según su resistencia
La norma NCh 148, clasifica a los cementos en dos grados, Corriente y
de Alta resistencia, según sea su resistencia mínima a la compresión a los 28
días.
Tabla 1-3.- Clasificación de los cementos según su resistencia.
250 350 45 55
180 250 35 45
Resistencia mínima a la compresión
Resistencia mínima a la flexión
7 dias (kg/cm2)
28 dias (kg/cm2)
7 dias (kg/cm2)
28 dias (kg/cm2)
45 10Alta
resistencia
Tiempo de Fraguado
Inicial mín. (min)
Final máx (hr.)
60 12
Cemento grado
Corriente
Fuente: Nch 148.Of68 “Cemento – Terminología, clasificación y especificaciones
generales”.
18
1.5.2.3.- Producción Nacional
En nuestro país, la capacidad instalada para la producción de cemento
es cercana a los 7 millones de toneladas anuales y el consumo bordea los 4
millones de toneladas, el mercado está repartido históricamente en tres grandes
consorcios productores: Melón, que desde el año 2000 pertenece a la francesa
Lafarge; Polpaico, cuyos accionistas principales son el grupo suizo Holcim (antes
denominado Holderbank) y la compañía chilena Gasco; y Cementos Bío-Bío, de
capitales nacionales (grupos Briones, Rozas y otros socios).
—Los tipos de cemento comercializados en Chile según empresa productora
nacional, se detallan a continuación en la tabla 1- 4.-:
Tabla 1- 4.- Clases de cementos producidos por cementeras nacionales
Super Melón Alta resist.
Polpaico Portland Alta resist.
Melón especial Corriente
Polpaico especial Corriente
Melón extra Alta resist.
Polpaico 400 Alta resist.
Inacesa alta resist. Alta resist.
Bio Bio especial Corriente
Bio Bio Alta resist. Alta resist.
Inacesa especial Corriente
Clase Composición Marca Grado
SiderúrgicoClinquer y 30 - 75% de escoria de alto horno
Portland Clinquer
Portland Puzolánico
Clinquer y hasta 30% de puzolana
PuzolánicoClinquer y 30 - 50% de
puzolana
Fuente: Grupo Polpaico S.A., Cementos Bio-Bio S.A., Melón S.A.
19
1.5.2.4.- Análisis de Calidad
De la calidad del cemento dependen la resistencia y la perpetuidad de
las obras. El parámetro más importante a estudiar y controlar es la dosificación
del cemento, por este motivo, el cemento debe ser sometido a un control de
calidad que permita verificar que, a pesar de las variaciones que puede tener, sus
propiedades generales se mantengan dentro de los límites que establece la
Norma Chilena Oficial del Cemento, o en caso contrario, para establecer las
medidas correctivas adecuadas.
El control de calidad es realizado en Chile por dos organismos privados,
el IDIEM (Instituto de Investigaciones y ensayes de materiales, dependiente de
la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile), y el
DICTUC (Dirección de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de la Pontificia
Universidad Católica de Chile). Estos organismos entregan certificación de
conformidad de cementos, puzolanas, cenizas, cales, yesos y aditivos, de acuerdo
a normas nacionales e internacionales, mediante la realización de ensayos físicos,
mecánicos y químicos de clínquer, cemento, puzolana, cal, yeso, aditivos, áridos
y mortero. Ambas instituciones realizan sus controles regidos por la Norma
Chilena Oficial del Cemento.
1.5.2.4.1- Ensayos del Cemento
En el polvo:
• Densidades (real)
• Finura
• Composición química
20
En la pasta:
• Agua de consistencia normal
• Tiempos de fraguado
• Estabilidad volumétrica
• Calor de hidratación
• Poder de retención de agua
En el mortero:
• Compresión
• Flexotracción
• Deformaciones - cambios volumétricos
En la tabla 1- 5.- se indican las características de mayor importancia y
los ensayos respectivos, con la correspondiente norma chilena o extranjera en
caso de no existir la primera.
Tabla 1- 5.- Características de los cementos y ensayos normalizados.
Ver tabla 1-1
4%. Nota (2)
Máx. 1%
Resistencias
Calor de Hidratación
Expanción autoclave
NCh 158
ASTM C 186
NCh 157
NCh 149 Nota (1)
NCh 150 Nota (1)
Finura sist.Wagner
Finura tamizado
NCh 154 3,0 kg/dm3 (C. Portland)
NCh 152 Ver tabla 1-2
NCh 151 Nota (1)
NCh 159 Nota (1)
Peso específico
Tiempo de fraguado
Consistencia normal
Finura sist. Blaine
CaracterísticaEnsayo
Norma Valor especificado
Fuente: Normas chilenas control de calidad del cemento.
21
Nota (1): La norma no especifica valores.
Nota (2): La norma ASTM C 186, especifica la medición del calor de hidratación
mediante un ensayo por disolución en ácido fluorhídrico.
22
CAPÍTULO II
CEMENTO BLANCO
2.1.- Generalidades
El cemento blanco es una variedad de cemento portland que se
fabrica a partir de materias primas cuidadosamente seleccionadas de modo que
prácticamente no contengan hierro, manganeso ni cromo, u otros materiales que
le den color.
El descubrimiento de su producción fue hecho a mediados del siglo
veinte por los laboratorios de la empresa cementera y de materiales de
construcción Lafarge2,1 en Francia.
Sus ingredientes básicos son la piedra caliza, base de todos los
cementos, el caolín (una arcilla blanca que no tiene ningún óxido de hierro, pero
si mucha alúmina) y yeso. Esta diversa composición, sin embargo, no trajo
ningún cambio en las características intrínsecas de este cemento, que continuó
proporcionando las mismas capacidades de resistencia que un cemento gris.
Su color “blanco” se consigue por medio de un proceso de elaboración
química. En dicho proceso, una selección severa de las materias primas y un
método de producción tecnológicamente avanzado salvaguardan la blancura
inicial de la caliza en el producto final: el cemento blanco.
El bajo contenido de álcalis en su composición química, le permite la
utilización de agregados tales como el vidrio volcánico, y algunas rocas que
normalmente reaccionan con los álcalis del cemento, y que traen consigo
agrietamientos que desmerecen la apariencia y durabilidad del concreto; sus
2,1 Lafarge, grupo industrial de origen francés, Nº 1 del mundo en materiales de construcción, cuenta con operaciones comerciales en 77 países. Los negocios en los que participa son: Cemento, Hormigones y Áridos, Cubiertas para Techos y Paneles de Yeso.
23
partículas, de menor tamaño que las de cemento gris, le otorgan una mejor
capacidad de hidratación y propiedades específicas como menor tiempo de
fraguado y una elevada resistencia a la compresión.
El cemento Blanco es un producto que difiere notablemente del
cemento gris, en los aspectos relacionados con sus costos de elaboración (mucho
mas altos que los del cemento gris tradicional), y el mercado al cual esta dirigido.
Así las cosas, por su precio, características, y usos los cementos blanco no
resultan sustitutos de los cementos grises.
2.2.- Composición
2.2.1.- Materias Primas
— Caliza
La caliza es el principal constituyente del cemento blanco (75 – 85%),
es un tipo común de roca blanca sedimentaria, de gran pureza química (98%),
compuesta principalmente por calcita (CaCO3) (90%) y dolomita (Ca,Mg (CO3)).
Cuando se calcina, da lugar a la cal (óxido de calcio, CaO). Otros componentes
presentes en su composición son el óxido de hierro, fósiles y otros minerales.
Estos componentes son necesarios para la formación del clinquer en las etapas
posteriores. La caliza es aglomerante, neutralizante, escorificante y fundente. Sus
principales derivados son la cal, el carbonato de calcio y el cemento.
— Caolín
Caolín (del chino, kaoling, ‘cresta alta’), o arcilla china, es un tipo de
arcilla muy pura (presenta un bajo contenido de hierro), blanda y blanca, con
24
plasticidad variable, pero en general baja, que retiene su color blanco durante la
cocción. Constituye el segundo componente en importancia en el crudo de
cemento blanco (10 – 25 %) y aporta a éste la sílice necesaria. Su principal
constituyente es el mineral caolinita, un silicato de aluminio hidratado, Al2Si2O5
(OH)4, formado por la descomposición de otros silicatos de aluminio, en especial
feldespato, esta descomposición se debe a los efectos prolongados de la erosión.
En la actualidad se extrae sobre todo en Malasia y en Cornualles (Inglaterra).
— Yeso
El yeso es un mineral común, consistente en sulfato de calcio
hidratado (CaSO4·2H2O). Es un tipo ampliamente distribuido de roca
sedimentaria, formado por la precipitación de sulfato de calcio en el agua del mar
y está asociado con frecuencia a otras formas de depósitos salinos, como la halita
y la anhidrita, así como a piedra caliza y a esquisto. El yeso se origina en zonas
volcánicas por la acción de ácido sulfúrico sobre minerales con contenido en
calcio; también se encuentra en muchas arcillas como un producto de la reacción
de la caliza con ácido sulfúrico.
El yeso utilizado en la fabricación del cemento blanco necesita ser muy
puro, con valores que oscilen entre un (80 y 90%) de grado de pureza. La
principal función que cumple con su adición al crudo es regular la hidratación y el
fraguado del cemento, mediante una reacción con el aluminato tricálcico. Al
formar el sulfoaluminato tricálcico, la mezcla se va hidratando poco a poco y
además acelera la hidratación del silicato tricálcico.
2.2.2.- Componentes Químicos
Los compuestos que formarán la composición química del clinquer de
cemento blanco proceden de la materia prima utilizada para formar el “crudo”,
25
fundamentalmente calizas y arcillas (caolín), que aportarán una serie de óxidos
de cal, sílice, aluminio y otros. Como consecuencia de las altas temperaturas que
se generan en el horno, entre estos óxidos se producirán una serie de reacciones
que darán lugar a la formación de compuestos complejos que tendrán una
estructura más o menos cristalina o amorfa, dependiendo de la velocidad de
enfriamiento del clinquer resultante. La composición química del clinquer del
cemento blanco depende, pues, no sólo de las materias primas empleadas en su
fabricación, sino también de su dosificación (proporción en que intervengan cada
uno de los óxidos que aporta la materia prima) y de los procesos de cocción y de
enfriamiento. Se debe realizar el análisis químico de la materia prima y obtener
los porcentajes en masa de los óxidos y otros compuestos que contienen, para
poder dosificar adecuadamente el crudo. En la composición química del clinquer
de cemento blanco intervienen muchas sustancias; la mayor parte de ellas
contienen tres o más elementos combinados, por lo que las fórmulas a que dan
lugar son bastante extensas. Por ello, para estudiar y analizar su composición se
realizan las siguientes simplificaciones: por una parte, como la mayoría de estos
elementos combinan con el oxígeno, se consideran los compuestos formados por
óxidos, lo cual describe correctamente su composición química, aunque no
contempla su composición estructural; sin embargo es el medio más común para
representar una composición. Por otra parte, designando estos compuestos, no
por su composición química, sino por su símbolo.
A continuación en la tabla 2-1.- se indica la composición química media
de la materia prima necesaria para obtener un clinquer de cemento blanco y de
cemento gris.
26
Tabla 2-1.- Composición Química del Clinquer Blanco y Gris de Cemento
de Portland.
Componentes químicos principales (%.)Componentes mineralógicos
principales (%.)
1
Tipo de cemento
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 MgO P.F Na2O
0,17 60 19 11
10 8
Blanco 66 22,5 4,5 0,4 2,8 1,0 1,7
1,4 1,4 54 18Gris 64 20,5 5,4 2,6 3 2,1
C3S C2S C3A C4AF
Fuente: Concrete Technology Today, Portland cement Association, April 1999.
2.2.2.1.- Componentes Químicos Principales del Clinquer
Los óxidos principales; óxido cálcico (CaO), anhídrido silícico (SiO2) y
óxido alumínico (Al2O), constituyen prácticamente más del 90% en peso del
clínquer de cemento y dan lugar a la formación de los componentes mineralógicos
principales del clinquer. De los óxidos principales, sólo la cal es de carácter básico
y los otros son de carácter ácido. De ellos, la sílice y la cal son los componentes
activos y la alúmina actúa como fundente.
2.2.2.2.- Componentes Mineralógicos Principales del Clinquer
De los componentes mineralógicos principales; los silicatos tales como
el silicato tricálcico (C3S), silicato bicálcico (C2S) y el aluminato tricálcico (C3A),
suman del 60 al 80 % en su totalidad y son los responsables de las resistencias
mecánicas del cemento.
— Silicato tricálcico (C3S) o alita: considerado como uno de los componentes
más decisivos del clínquer, su participación determina la rapidez de fraguado y
las resistencias mecánicas. Su cantidad en el clinquer está entre el 35 y el 70%.
— Silicato bicálcico (C2S) o belita: su presencia da lugar a pocas resistencias
en los primeros días, pero luego las va desarrollando progresivamente hasta
alcanzar al silicato tricálcico.
27
— Aluminato tricálcico (C3A): por sí solo contribuye poco a las resistencias
pero, en presencia de los silicatos desarrolla unas resistencias iniciales buenas,
aunque no está clara su forma de participar en la resistencia y endurecimiento
del cemento, creyéndose que actúa como catalizador de la reacción de los
silicatos. Su fraguado es rapidísimo al tomar contacto con el agua, desprendiendo
una gran cantidad de calor: 207 cal/g. Para retardar su gran actividad se emplea
el yeso que actúa como retardador, regulador y normalizador del fraguado.
2.2.3.- Componentes Secundarios
Los componentes secundarios proceden de las impurezas de la
materia prima. El término “secundario” no se refiere a su importancia e
influencia, sino a la pequeña cantidad en que aparecen en la composición del
clinquer. Normalmente no se tienen en cuenta, tanto por su cuantía como por su
acción (aunque son la parte indeseable del cemento), siempre que no se
sobrepasen los valores medios indicados; sin embargo, no por ello dejan de tener
una gran importancia por los efectos negativos a que pueden dar lugar.
2.3.- Fabricación
El proceso de fabricación del cemento blanco es absolutamente similar
al del cemento gris normal en lo que a etapas del proceso se refiere, la diferencia
radica en los elevados costos operacionales y tecnológicos bajo los cuales este se
lleva a cabo, controlando estrictamente todas las etapas, para evitar la posible
contaminación y cambios indeseados.
Básicamente éste se define como un proceso químico que consiste en
la transformación de las materias primas minerales (piedra caliza y arcilla caolín)
constituyentes de la harina cruda en un nuevo producto: el clinquer formado por
28
minerales sintéticos diferentes: fases de silicatos, aluminatos y ferritos de calcio
que le darán las propiedades hidráulicas al cemento. En el caso del cemento
blanco, las fases de ferritos son muy bajas, ya que para obtener el color blanco
las materias primas deben estar exentas de hierro o contener cantidades
insignificantes de este. Este proceso químico de clinquerización tiene lugar en el
horno y tiene un paso previo de trituración y molienda de las primeras materias,
y un proceso posterior de molienda del clinquer con yeso para obtener el
producto final que es el cemento blanco.
En ocasiones, a esta mezcla de materias primas principales se le
añaden otros productos, llamados correctores, que ayudarán a ajustar la
composición química del crudo, a fin de regular la temperatura de sinterización de
la mezcla y la cristalización de los minerales del clinquer.
Datos indican que para obtener una tonelada de cemento blanco se
utilizan aproximadamente 1,5 toneladas de materia prima. La relación
aproximada entre los materiales calizos y arcilloso en el crudo del clinquer blanco
es de 3 a 1 (es decir, se toma alrededor del 75% de caliza y el 25% de arcilla
tipo caolín para confeccionar el crudo).
2.3.1.- Proceso de Elaboración ─ Preparación Mecánica
2.3.1.1.- Obtención del Crudo Blanco
— Selección y Preparación de Materias Primas
• Consideraciones
La selección y preparación de las materias primas que intervienen en la
fabricación del cemento blanco es mucho más estricta en comparación al
cemento gris. Estas deben ser de naturaleza muy pura además de contener
cantidades insignificantes de óxidos de hierro, manganeso y cromo (8 a 10 veces
29
menos que para el cemento gris), esta es la principal forma de asegurar que el
producto acabado sea de color blanco. La piedra caliza debe contener menos de
0,15% de FeO32,2 y menos de 0,015% de MnO2,3; la arcilla (caolín) debe
contener 65-80% de SiO22,4, no más que 1,0% FeO3 2 y
solamente rastros de MnO.
, menos de 0,8% de TiO 2,5
Generalmente, el caolín conveniente contiene el 70 - 73% de SiO2,
18-20% del AlO32,6, 0,4-1% de FeO3 2
2 3
, y 0 -0,8% de TiO y la arena debe contener
no menos que el 96% de SiO , y no más que 0,2% de FeO .
Debe tomarse en consideración el hecho de que incluso los minerales
puros (tales como C3S y C2S)2,7, sinterizados bajo condiciones de control exacto
en el laboratorio, pueden tener un color que sea diferente al blanco.
La composición de mezcla cruda del cemento blanco incluye (en peso)
el 20% de SiO2, hasta el 5% del AlO3 y el 75 - 85% de CaCO3. Generalmente,
la composición de la mezcla cruda se diseña para proporcionar un coeficiente de
saturación de 0,85 - 0,88 y módulo del silicato de 3,2 - 4,0.
El uso del yeso como componente de la escoria también es eficaz dando
por resultado un consumo de energía más bajo y un aumento en la resistencia.
Cuando está utilizado en la composición de la escoria, no sólo proporciona la
sinterización en temperaturas más bajas, sino también cambia perceptiblemente
las características ópticas del cemento final.
— Proceso de Trituración
La trituración consiste en llevar las materias primas al estado
pulverulento. La trituración de la caliza y el caolín se hace por un moledor de
bolas de acero. El de la arena se hace por moledor de bolas.
2,2 FeO3, Óxido ferroso. 2,3 MnO, Óxido de magnesio. 2,4 SiO2, Dióxido de sílice. 2,5 TiO2, Dióxido de titanio. 2,6 AlO3, Trióxido de aluminio. 2,7 C3S y C2S, Silicatos tricálcico y bicálcico, respectivamente.
30
La caliza es triturada mediante dos operaciones. Una trituración
primaria que permite reducir la granulometría de 1000 mm. A la entrada hasta
100 mm. A la salida. Seguidamente y luego de verificar su composición química,
pasa a la trituración secundaria, con la que se reduce la granulometría de los
materiales hasta los 30 mm.
El caolín sufre una única trituración que reduce el tamaño de las
partículas a 30 mm. Lo machacado se somete a continuación a una operación de
separación en la cual la denegación se reciclará y la harina cruda pasa hacia el
silo de almacenamiento y homogeneización.
— Molino de Crudo
En esta etapa se dosifican las características químicas de la harina que
se desea obtener. El sistema consta de básculas dosificadoras, cada una de ellas
capaz de gobernar las proporciones de caliza y caolín que son incorporadas al
molino de bolas o a las prensas de rodillos, hasta lograr que la mezcla adquiera la
finura necesaria, convirtiéndose en un producto pulverulento homogéneo llamado
harina cruda, al cual se le controla su granulometría y su composición química,
esto último de forma automática, mediante un sofisticado sistema interactivo de
análisis químico por Rayos X.
— Homogeneización
El material molido debe ser homogeneizado para garantizar la
efectividad del proceso de clinquerización mediante una calidad constante. Este
procedimiento se efectúa en silos de homogeneización por medio de una corriente
de aire comprimido. Un sistema de muestreo y análisis por fluorescencia X
permite controlar la composición geoquímica. Para una cocción no perturbada y
una buena calidad de clinquer, es necesario que los constituyentes machacados
sutilmente estén distribuidos igualmente y que cada micro volumen presente la
31
misma composición geoquímica que el del conjunto de la harina cruda para
asegurar una cocción no perturbada y una buena calidad del clínquer.
2.3.1.2.- Obtención del Clínquer
— Horneado
La harina cruda es introducida mediante sistema de transporte
neumático y debidamente dosificada a un intercambiador de calor por suspensión
de gases de varias etapas, en la base del cual se instala un moderno sistema de
precalcinación de la mezcla antes de la entrada al horno rotatorio donde se
desarrollan las restantes reacciones físicas y químicas que dan lugar a la
formación del clinquer. El intercambio de calor se produce mediante
transferencias térmicas por contacto íntimo entre la materia y los gases calientes
que se obtienen del horno, a temperaturas de 950 a 1100°C en un sistema de 4 a
6 ciclones en cascada, que se encuentran al interior de una torre de concreto
armado de varios pisos, con alturas superiores a los cien metros.
— Cocción
La cocción reviste una importancia particular en la fabricación del
cemento por cuatro razones:
1. Es durante la cocción que se efectúa la transformación de la harina
cruda en clinquer;
2. Es la cocción que determina, en gran parte, la calidad del producto
terminado;
3. La cocción participa en razón de 30 al 60% al costo de producción del
cemento;
32
4. La cocción determina de una manera preponderante el consumo de
energía.
Fases de la Cocción
• Secado del Crudo: hasta los 200ºC.
• Calentamiento: desde los 200 hasta los 700ºC. Se queman las
impurezas orgánicas, se elimina el agua combinada del caolín y otros compuestos
semejantes y se elimina el CO2 del CO3Mg.
• Calcinación: desde los 700 hasta los 1100ºC. Se completa el proceso
de disociación de los carbonatos de calcio y de magnesio y aparece una cantidad
considerable de óxido de calcio libre. Se produce así mismo la descomposición de
los minerales arcillosos deshidratados en los óxidos SiO2, Al2O3 y Fe2O3, que
reaccionan con el CaO. Como resultado de estas reacciones, que transcurren en
estado sólido, se forman los minerales C3A, AC y en parte C2S.
• Reacciones Exotérmicas: desde los 1100 hasta los 1250ºC. Hasta
aquí todas las reacciones han sido endotérmicas (absorbiendo calor del entorno).
En esta fase se producen las reacciones de fase sólida en que se forman C3A,
FAC4 y SC2. Estas reacciones son exotérmicas (liberando calor hacia el entorno),
lo que provoca un intenso aumento de la temperatura en un tramo relativamente
corto del horno.
• Sinterización: 1300 -1450 -1300ºC. La temperatura alcanza el
máximo valor (1450ºC) necesario para la fusión parcial del crudo y la formación
del principal componente mineralógico del clinquer, el SC3 (silicato tricálcico
también conocido como ALITA).
• Enfriamiento: desde los 1300 hasta los 1000ºC. En esta fase se forma
por completo la estructura y composición definitiva del clinquer, en la cual figuran
SC3, SC2, AC3, FAC4, la fase vítrea y los componentes secundarios.
33
— Enfriamiento del Clínquer
El clinquer sale del horno rotatorio en forma de granos pétreos,
menudos, de color verde (característico del cemento blanco) a una temperatura
de 1100 a 1200 °C, este calor se reduce en un recinto llamado enfriador. La
descarga del horno se produce en forma continua, experimentando un
enfriamiento (de 1000 a 100ºC) que debe ser rápido, utilizándose para ello
sistemas como enfriadores de tambor, enfriadores satélite, etc. Que mediante
corrientes de agua absorben la energía calorífica de la pared del refrigerador por
conducción
Si el clinquer formado en el proceso de sinterización se enfría
lentamente, puede invertirse el sentido de las reacciones.
El clinquer consta esencialmente de cuatro (4) principales minerales
señalados en la tabla 2.2.-
Tabla 2-2.- Minerales principales del clinquer de cemento Portland
3CaOSiO2
C4AF (4) Felita, Ferrita
C2S Belita
C3S AlitaSilicato Tricalcico
Sin efectos sobre la resistencia del
cemento
Mineral Fórmula (1) Abreviación (2) Nombre Función
Aluminoferrato Tretacálcico 4CaOAlO3Fe2O3
Resistencias iniciales
Resistencias a largo plazo
Aluminato Tricálcico 3CaOAl2O3 C3A Celita (3)
Rápida formación de cemento
Silicato Bicálcico 2CaOSiO2
Fuente: elaboración propia
(1) Forma pura.
(2) Forma combinada definida en Alemania por el Sueco TERNEBOHM en 1897.
(3) designada a menudo como C3A + C4AF
(4) El contenido en C4AF debería tender a cero en un clinquer de cemento
blanco. Este ferrito y el aluminato, se denominan "Fundentes", y son los que
34
funden a temperaturas más bajas, por lo que al casi no aparecer en la
composición del cemento blanco hace necesario elevar la temperatura de cocción
(fusión), para formar el clinquer blanco. Se suelen añadir otros compuestos que
actúen como fundentes, que son guardados celosamente por las cementeras.
— Decoloración del Clinquer
El clinquer es introducido en un decolorador, en este proceso el Fe2O3
se transforma en FeO, es decir, lleva los iones Fe del estado de oxidación (+ III)
de color rojo en estado (+ II) de color verde. Esta reacción se desarrolla en un
medio reductor rico en CH4 según la ecuación:
Fe2O3 + H2 ↔ 2FeO + H2O
Fe2O3 + CO ↔ 2FeO + CO2
Para conservar el hierro a su estado (+ II), el clinquer se empapa en
agua a partir de su salida del decolorador. Su temperatura es aproximadamente
de 250 a 300 °C.
2.3.1.3.- Transformación del Clínquer en Cemento Blanco
— Molienda del Clínquer
El clinquer es una piedra sintética con formas esféricas de
tamaño variable, que por molienda se transforma en el producto final: cemento
portland. La molturación del clínquer blanco se realiza conjuntamente con la
adición de un pequeño porcentaje de yeso, para regular la fragua del cemento. La
selección de un tipo apropiado de yeso con pureza elevada es muy importante en
esta etapa. Sin esta adición, el cemento produciría un fraguado instantáneo con
35
la mezcla de agua, por lo que impediría su trabajabilidad en las etapas iniciales
de la preparación de morteros y hormigones.
— Adiciones finales
El resultado de la molienda del clinquer con el yeso es el polvo de
cemento; en este caso se trataría de un cemento sin adición. En los cementos
con adiciones, se agrega durante la molienda caliza blanca, en proporciones
controladas y normalizadas.
2.4.- Control del Color ─ Blancura y Graduación del Cemento Blanco
El color es un parámetro muy importante dentro del control de calidad
en la industria del cemento blanco, la cual mantiene estándares terminantes para
resolver necesidades de cliente. El color del cemento blanco depende de los
materiales y del proceso de fabricación. Los óxidos de metal tales como hierro,
manganeso, y otros influencian la blancura y el tono del material.
La blancura de los cementos blancos es una de sus características más
importantes. La graduación siguiente se utiliza para especificar cementos por lo
que se refiere a la blancura:
• Grado 1: con la blancura no menos que 80%
• Grado 2: con la blancura de 75-80%
• Grado 3: con la blancura de 68-75%.
La constante investigación sobre la estructura química y física de los
clinquer blancos industriales, han hecho posible obtener un excelente grado de
blancura y garantizar su calidad permanente, estudios sobre la influencia de los
36
componentes menores -los llamados tintes- y, en particular, el tratamiento de
calor recibido por el clinquer. El clinquer blanco se produce tomando la
precaución de limitar a no más del 0.15% el contenido de compuestos ferrosos y
otros compuestos metálicos pesados, cuyas presencias dan al cemento portland
común su color gris distintivo. Para lograr esto, se empieza por seleccionar
cuidadosamente las materias primas: únicamente se usan caolines y piedras
calizas blancas mineralógicamente puras.
Se utilizan pruebas de control cromático tomando como referencia la
forma de colorimetría de luz reflejada, usando materiales altamente reflectantes
tales como el óxido de magnesio o el titanio. Los resultados de estas pruebas se
ilustran en una cromografía, de acuerdo con el sistema ICI (International
Commission on Ilumination).
En pocas palabras, la calidad "blanca" del cemento se mide usando tres
parámetros:
• Pureza: es decir, la intensidad del tono. La pureza se mide en
porcentaje de color.
• Longitud de onda dominante: es decir, la tonalidad que acompaña y
caracteriza cada superficie blanca (por esta razón, no todos los cuerpos blancos
son iguales). La longitud de la onda dominante se encuentra entre el amarillo y el
azul.
• Brillantez: es decir, el poder para reflejar la luz incidente (la
característica más importante de los cuerpos blancos), expresada como la
diferencia en porcentaje entre la luz reflejada por una superficie blanca y aquella
reflejada por una superficie similar de óxido de magnesio, tradicionalmente
considerado el cuerpo blanco ideal.
En cualquier caso, en lo que respecta a los cementos, la
37
característica colorimétrica puede representarse únicamente mediante los
parámetros de brillantez y pureza.
El parámetro longitud de onda básica, que normalmente se requiere
para los diferentes polvos en los cementos, permanece básicamente igual (para
cementos ordinarios, l = 577 ± 2 nm; para cementos blancos, l = 567 ± 2 nm).
2.5.- Usos y Aplicaciones
El enorme potencial estético y decorativo del cemento blanco, le
conceden un amplio rango de aplicaciones, similares a las del cemento gris, pero
de mayor belleza y de acabado fino.
Sus usos van desde proyectos de construcción en estructuras
residenciales, comerciales e industriales, hasta enormes obras públicas.
Tradicionalmente el uso que se le ha dado a este material ha sido para
repello de fachadas, paredes externas y como fragua o pegamento para cerámica
o terrazo, sin embargo su utilización es ideal para la construcción arquitectónica
donde se requiera un color más ligero o más brillante por razones estéticas o de
seguridad.
Con él se pueden obtener una amplia gama de colores y tonalidades,
con sólo agregarle, durante la preparación, algún pigmento de color. Por otro
lado, si se mantiene su blanco natural, confiere a las obras gran funcionalidad, ya
que con el acabado blanco, provee a la edificación una mayor reflectividad,
generando un ahorro en requerimientos de luminosidad y creando ambientes
interiores más frescos.
Es de vital importancia recalcar que el cemento blanco no es sustituto
del cemento gris, debido a que su elevado costo, generado por la exhaustividad
de su proceso productivo, lo convierte en un material que esta dirigido hacia un
cierto grupo de consumidores, que buscan con su utilización innovación y
apariencias estéticas de acabados finos y duraderos en el tiempo.
38
— Hormigón Arquitectónico, Hormigón Blanco, Hormigón
Coloreado
El hormigón arquitectónico es un término aplicado a una vasta variedad
de tratamientos de superficie para el hormigón expuesto a la vista cuyo uso
representa un elemento diferenciador en las obras, garantizando elegancia y
belleza, luminosidad y estética, y resistencia a las abrasiones, sin restar
funcionalidad, valores incuestionables en arquitectura.
El hormigón arquitectónico es la superficie exterior o interior del mismo,
ya sea este especial o convencional, que a través de la aplicación de un acabado,
forma, color, o textura contribuye a la apariencia arquitectónica y acabado final
de la estructura.
El hormigón arquitectónico está permanentemente expuesto, por lo que
requiere de un especial cuidado en la selección de los materiales y encofrados
que se emplean en su elaboración, así como en el colado y el acabado final.
Imagen 2-1.- Hormigón Pigmentado
Fuente: www. tauton.com
39
— Hormigón reforzado con Fibra de Vidrio
El propósito de la fibra de vidrio en los paneles de hormigón blanco es
similar al del acero en el hormigón gris convencional y consiste en reforzar el
hormigón. La incorporación de fibra de vidrio es posible en el cemento blanco,
debido a su bajo contenido de álcalis, puesto que este (altamente presente en el
cemento gris) reacciona con el vidrio provocando fisuras y agrietamiento en el
hormigón. El vidrio es mas liviano que el acero, por lo tanto reduce
ostensiblemente el peso de los paneles arquitectónicos, proporcionando una
amplia gama de tamaños y formas altamente resistentes y livianos.
Imagen 2-2.- Vista Panel Arquitectónico reforzado con Fibra de Vidrio.
Fuente: www. hctrading.com
— Morteros
El cemento blanco es la materia prima primordial para la fabricación de
morteros de diversos tipos: estucos, monocapas, lechadas y pegamentos. El
mortero de cemento blanco permite una fácil preparación y uso, otorgando una
gran durabilidad y representando una alternativa de bajo costo para el
consumidor. Puede ser mezclado en el sitio de trabajo, proporcionando ventajas
de flexibilidad y utilización.
40
— Lechada de Azulejos
La mampostería es el complemento de belleza y resistencia de
azulejos, pisos y paredes, asegurándolos en lugar mientras que los protege
contra el daño del agua. La lechada de azulejo hecha con cemento blanco le
agrega distinción al acabado y muchas posibilidades de colores y diseños.
Imagen 2-3.- Lechada pigmentada en base a cemento blanco.
Fuente: www. hctrading.com
— Pavimentos − Terazzo
Un piso de terrazo se compone de trozos de piedra o mármol
incrustados en cemento. Su superficie pulida hace de él un material muy
duradero para sus pisos.
La superficie visible del azulejo consiste en agregados de mármol
enlazados con cemento blanco. Este proceso ofrece una variedad infinita de
patrones superficiales dependiendo del tipo de mármol, de su calidad y de la
opción de pigmentos.
41
Imagen 2-4.- Azulejos enlazados con cemento blanco
Fuente: www. hctrading.com
— Pavimentos – Adoquines y Losas de Hormigón Blanco
Los adoquines y las losas de cemento blanco son una alternativa
económica, fácil de instalar y mantener, ideal para ambientes urbanos.
Con una fuerza de compresión excepcionalmente alta, los adoquines
se utilizan generalmente donde el tráfico ejerce cargas pesadas. Por ejemplo,
paseos peatonales, estacionamientos, etc.
Las losas del hormigón son útiles para áreas del tráfico ligero: por
ejemplo, calzadas peatonales, terrazas, etc. El cemento blanco se utiliza para
hacer la superficie atractiva y para mantener permanente la marcación de los
caminos garantizando una mayor visibilidad bajo cualquier circunstancia.
Imagen 2-5.- Adoquines de cemento blanco. Fuente: www. hctrading.com
42
— Otros Usos
La variedad casi ilimitada de composiciones basadas en agregados
naturales como arena y pigmentos al cemento blanco, permite crear objetos
contemporáneos que están en armonía con los criterios más exigentes del diseño.
El cemento blanco resuelve estos desafíos mientras que estimula la
creatividad, permitiendo sus usos para estatuas y ornamentos decorativos,
estructuras prefabricadas, construcción de piscinas, restauración de edificios
históricos, etc.
43
CAPÍTULO III
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA ─ PROCESO DE
CARACTERIZACIÓN
En este capítulo se describen los procedimientos utilizados para
llevar a cabo la caracterización de los distintos cementos en estudio, detallando
algunas de las consideraciones experimentales.
3.1.- Generalidades
La experiencia busca determinar, mediante la realización de ensayos
normalizados y regidos por la norma chilena NCh 148.Of68, las principales
propiedades del cemento blanco en estado fresco (cemento en estado pasta) y en
estado endurecido (mortero de cemento). De igual manera se realizaran las
mismas mediciones a dos variedades de cementos grises de grados corriente y
alta resistencia, a fin de poder distinguir las diferencias en el comportamiento de
los aglomerantes blancos y grises.
3.2.- Metodología de Trabajo
• El análisis se realizó a 5 marcas de cemento comercial obtenidos en
distintos comercios de la ciudad de Valdivia; de éstos tres corresponden a
cemento blanco y dos a cemento gris, (cemento gris de alta resistencia y
cemento gris corriente).
• Físicamente, la totalidad de los ensayos correspondientes a determinar
las propiedades de los cementos en estudio, fueron realizados en las
instalaciones del Laboratorio de Ensaye de Materiales de Construcción (LEMCO)
perteneciente a la Universidad Austral de Chile.
44
• Se realizaron la misma serie de ensayos y en el mismo orden, a cada
tipo de cemento blanco y gris.
• Las mezclas de los materiales para la realización de la totalidad de los
ensayos se realizaron utilizando el método de mezclado manual establecido en la
norma NCh 151. Of68.
• Se comienza con la preparación de varias pastas de cemento a las que
se adicionan distintas dosis de agua se hasta encontrar aquella que permita a
cada pasta de cemento blanco y gris alcanzar la consistencia normal.
• Luego y utilizando cada una de las dosis de agua resultante de la prueba
de consistencia normal, se prepararon cinco pastas de cemento de consistencia
normal, en las cuales mediante el método de penetración de la aguja de Vicat, se
midió los tiempos inicial y final de fraguado.
• La trabajabilidad fue evaluada, según el método de asentamiento del cono
(cono reducido), en las mezclas de mortero normal en estado fresco.
• Finalmente el comportamiento mecánico de cada uno de los cementos en
cuestión, fue determinado mediante la confección y posterior ensayo a flexión y
compresión a las edades de 3, 7, 14, 21 y 28 días, en 75 probetas cúbicas
(moldes Rilem) de mortero normal de tamaños 4x4x16 cm3.
3.3.- Materiales Utilizados
3.3.1.- Cementos
— Cemento Blanco Tolteca . ®
El cemento blanco Tolteca®, es fabricado en México por la empresa
CEMEX, Empresa Cementera Mexicana. Se distribuye en sacos de 45 kg. Y a
granel.
45
— Cemento Blanco Huascarán . ®
El cemento blanco Huascarán , es producido en el Perú ® por la
Compañía Minera Agregados Calcáreos S.A. Se distribuye en sacos de 45 kg. Y a
granel.
— Cemento Blanco Puma . ®
El cemento blanco Puma® es de origen chino, se distribuye en bolsas de
1 kg.
— Cemento gris grado Corriente ─ Bio-Bio®.
Es un Cemento clase siderúrgico, grado corriente, fabricado en Chile,
se distribuye en sacos de papel de 42,5 kg.
— Cemento gris grado Alta Resistencia – Melón®.
Es un cemento Portland Puzolánico grado alta resistencia, fabricado en
Chile por la empresa cementera Melón, se distribuye en sacos de papel de 42,5
Kg.
3.3.2.- Áridos
— Arena normal
La arena utilizada para la realización de las pruebas es arena
normalizada3,1, elaborada por el Instituto de Investigación y ensayes de
Materiales, IDIEM, perteneciente a la Universidad de Chile. Su composición
granulométrica se encuentra indicada en la NCh 158.Of67.
3,1 Arena Normal: arena natural, cuarzosa, de granos redondeados, procedente de la zona de Las Cruces, Cartagena. La arena estará dividida en tres fracciones, fina, media y gruesa.
46
3.3.3.- Agua
Para la preparación de todas las mezclas se utilizó agua potable, la cual
puede usarse sin verificar su calidad según NCh 1498.
3.4.- Acondicionamiento
Indistintamente para todos los ensayos realizados a los cementos, se
debieron cumplir y controlar las siguientes condiciones:
• Antes de comenzar con cualquier ensayo, se pesó, separó y colocó en
bolsas herméticas, porciones de 500 gr. de cada tipo de cemento, evitando así
que este se expusiera a la intemperie, protegiéndolo de la humedad hasta el
momento de su ensayo.
• El equipo para la ejecución de las pruebas debió estar en condiciones de
operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes.
• La cámara húmeda debió permanecer con una humedad relativa
superior o igual al 90%, y una temperatura constante de 23° C ± 2° C.
• La temperatura de los materiales y aparatos usados debió estar entre
los 18° C y 27° C.
• La temperatura de la sala se mantuvo entre los 18° C y 27° C.
• La temperatura del agua de consistencia normal varió del orden de los
23° C ± 2° C.
• La humedad relativa de la sala debió mantenerse por sobre el 50%.
47
3.5.- Ensayos
3.5.1.- Determinación de la Consistencia normal de la Pasta de
Cemento
— Objetivo de la Prueba
Este ensayo nos permite conocer cual es la cantidad de agua
apropiada que se debe agregar al cemento para obtener una pasta de una
determinada consistencia, denominada pasta de consistencia normal. Esta
cantidad de agua demandada por el cemento para obtener la consistencia
normal, además es necesaria para la determinación de los tiempos de fraguado
inicial y final. El método para su determinación se basa en la resistencia que
opone la pasta de cemento a la penetración de la sonda de Tetmayer de un
aparato normalizado, llamado Aparato de Vicat.
— Procedimiento
El procedimiento para determinar la consistencia normal de la pasta de
cemento se realizó según método establecido por la norma chilena NCh
151.Of68, “Cemento – Método de determinación de la consistencia normal”. Se
confeccionaron pastas con distintas proporciones de agua hasta obtener la
consistencia normal de la pasta de cemento.
— Preparación de la pasta de cemento
• Se vertió sobre 500 gr. de cemento una determinada cantidad de agua.
• Se volcó el cemento desde las orillas hacia el centro por un periodo de
30 segundos.
• Luego se mezcló vigorosamente la pasta por un período de 5 minutos
contados desde el momento de agregar el agua.
48
Imagen 3-1.- Preparación Pasta Normal de Cemento Blanco (1) Fuente: elaboración propia (2005)
Imagen 3-2.- Preparación Pasta Normal de Cemento Blanco (2) Fuente: elaboración propia (2005)
— Ensayo
• Inmediatamente después de terminado el mezclado, se vertió la pasta
de cemento en el molde, sin efectuar presión, y se enrazó con la ayuda de una
espátula.
• Se colocó el molde con la pasta sobre la placa de vidrio y se centró
debajo del vástago del aparato de vicat.
• Se llevó el indicador a coincidir con marca superior 0 y se soltó la
sonda.
• La pasta tubo consistencia normal cuando la sonda se detuvo a 6 ± 1
mm. Sobre el fondo del molde, 30 segundos después de haberla soltado.
49
Imagen 3-3.- Vaciado Pasta Normal de Cemento Blanco al Molde Tronco - cónico
Fuente: elaboración propia (2005)
Imagen 3-4.- Enrasado Fuente: elaboración propia (2005)
Imagen 3-5.- Aparato de Vicat y Sonda Tetmayer Fuente: elaboración propia (2005).
50
3.5.2.- Determinación de los Tiempos de Fraguado Inicial y Final de
la pasta de cemento
— Objetivo de la prueba
Utilizando la cantidad de agua necesaria para el cemento en cuestión,
resultante de la prueba de consistencia normal, este ensayo nos permite medir
el tiempo en que la mezcla cemento-agua pierde plasticidad y comienza a
adquirir cierto grado de rigidez. El método se basa en la resistencia que opone la
pasta de cemento a la penetración de la aguja del Aparato de Vicat. Este ensayo,
constituye una determinación de resistencia al corte, apropiado para determinar
la viscosidad de la pasta de cemento, mediante una designación arbitraria del
tiempo de fraguado.
— Procedimiento
Los procedimiento de prueba para determinar, por el método de Vicat,
los tiempos de fraguado inicial y final de las pastas de cemento, se realizaron
según lo especificado en la norma NCh 152.Of71, “Cemento – Método de
determinación del tiempo de fraguado”.
Se Preparó la pasta de cemento de consistencia normal, utilizando la
cantidad de agua resultante del ensayo de consistencia normal y se mezcló con
500 gr. de cemento siguiendo el mismo procedimiento de preparación de la pasta
de cemento normal descrito en 3.5.1, luego se vertió sobre el molde y se enrazó.
— Ensayo
• Se colocó el molde con la pasta debajo de la aguja del aparato de vicat.
• Se llevó el indicador a coincidir con marca superior 0 y se soltó la
sonda.
51
• Se registraron mediciones sucesivas a distancias iguales o superiores a
10 mm. Del borde interior del molde y a 5 mm. Entre ellas; limpiando
completamente la aguja después de cada medición.
• El cemento alcanzó el principio de fraguado cuando la aguja se detuvo a
4 ± 1 mm sobre el fondo del molde 30 segundos después de haber soltado el
dispositivo móvil.
• La determinación del tiempo de fraguado final se hizo con la probeta
invertida. La inversión se realizo cuando la pasta estuvo lo suficientemente rígida.
• El cemento alcanzó el final de fraguado cuando sólo la aguja dejó una
impresión y no marcó el borde circular del accesorio.
Imagen 3-6.- Aparato de Vicat y Aguja de Vicat Fuente: elaboración propia (2005)
3.5.3.- Determinación de la Trabajabilidad del mortero de
cemento – Método asentamiento del cono (cono reducido)
— Objetivo de la prueba
Este ensayo realizado con mortero normal de cemento en estado fresco,
tiene como finalidad determinar la trabajabilidad del cemento.
52
La trabajabilidad del cemento es determinada por el grado de fluidez
que presenta el mortero, y se expresa como la diferencia de altura o descenso
que experimenta la mezcla fresca de mortero normal después de haber levantado
el cono, medido con respecto al tamaño de este.
—Procedimiento
El procedimiento para determinar la consistencia de los morteros, se
realizó utilizando el método del Asentamiento del Cono (cono reducido), según lo
indica la norma NCh 2257/3.Of96, “Morteros – Determinación de la consistencia
– parte 3: Método del asentamiento del cono”.
— Preparación del mortero normal de Cemento
El mortero normal se preparó mezclando dos partes de cemento (500
gr.), seis partes de arena normal (1500 gr.) y una parte de agua (250 ml.), los
materiales fueron mezclados enérgicamente en forma manual hasta que se
obtuvo el mezclado homogéneo de las partes.
Imagen 3-7.- Preparación de Mortero Normal (método mezclado manual) Fuente: elaboración propia (2005)
53
— Ensayo
• El mortero se vertió en el cono, en dos capas de aproximadamente
igual volumen y se compactó con 20 golpes de varilla pisón, en cada una de las
llenadas.
• Luego se enrasó y se levantó el cono lenta y cuidadosamente dirección
vertical.
• Una vez levantado el molde, se midió la disminución de altura que
experimento el mortero moldeado respecto de la altura del molde.
• La Docilidad será la diferencia entre la altura de la mezcla antes y
después de haber levantado el molde.
Imagen 3- 8.- Medición del Asentamiento del Cono Fuente: elaboración propia (2005)
3.5.4.- Determinación de las Resistencias Mecánicas – Resistencia
a la Flexión y a la Compresión del mortero de cemento
— Objetivo de la prueba
Los cementos deben ser capaces de conferir resistencias iguales o
superiores a las determinadas por las normas, en probetas preparadas con un
mortero cuyos componentes, fabricación, conservación y ensayos están
54
normalizados (NCh 158 Of67).
— Procedimiento
Los procedimientos para determinar la resistencia a la flexión y a la
compresión de morteros de cemento, se realizaron según lo especificado en la
norma NCh 158.Of67, “Cementos – Ensayo de flexión y compresión de morteros
de cemento”.
• Las mezclas de cemento, arena y agua (mortero normal), se dosificaron
siguiendo el procedimiento descrito en 3.5.3, empleado según la normativa
chilena para la confección de morteros de cemento.
• Las probetas se prepararon en moldes de acero (moldes Rilem) que
permitían la confección simultánea de tres de ellas.
Imagen 3-9.- Llenado de moldes Rilem
Fuente: elaboración propia (2005)
55
Imagen 3-10.- Compactación manual
Fuente: elaboración propia (2005)
Imagen 3-11.- Enrasado de moldes Rilem
Fuente: elaboración propia (2005)
• Una vez fabricadas las probetas, se identificaron y almacenaron en una
cámara de curado, a 23oC ± 2° C y 90% de humedad, durante 24 horas.
• Luego se desmoldaron permaneciendo en la cámara de curado,
sumergidas en agua, hasta completar los días 3, 7, 14, 21 y 28, correspondientes
a las edades del ensayo.
56
Imagen 3-12.- Molde identificado y conservado en cámara húmeda
Fuente: elaboración propia (2005)
Imagen 3-13.- Probetas desmoldadas y sumergidas en agua.
Fuente: elaboración propia (2005).
• Los días correspondientes a los ensayos, las probetas se extrajeron de
la cámara húmeda e inmediatamente luego de esto fueron pesadas y ensayadas
a la flexión en estado húmedo. Cada uno de los dos trozos resultantes del ensayo
de flexión, de cada probeta, fue sometido a ensayo de compresión.
57
— Ensayo de Flexión
• La probeta se apoyó en una de las caras laterales del moldaje, sobre los
rodillos de apoyo de la máquina de flexión. La carga se aplicó a través del rodillo
superior con una velocidad de carga de 5 ± 1 kg/seg.
• Los trozos de las probetas rotas a flexión, se conservaron húmedos
hasta el momento en que cada uno de ellos se sometió al ensayo de compresión.
Imagen 3-14.- Prensa CBR para ensayos de Flexión
Fuente: Elaboración propia (2005)
— Ensayo de Compresión
• Cada trozo obtenido del ensayo a flexión se ensayó a la compresión, en
una sección de 40 x 40 mm, aplicándose la carga a las dos caras provenientes de
las laterales del moldaje, colocándose entre las placas de la máquina de
compresión.
58
Imagen 3-15.- Máquina para ensayo de Compresión
Fuente: elaboración propia (2005)
Imagen 3-16.- Ensayo de compresión
Fuente: elaboración propia (2005)
59
CAPITULO IV
RESULTADOS
4.1.- Consistencia Normal de la Pasta de Cemento
La tabla 4-1 muestra los resultados del ensayo tendiente a determinar
la dosis de agua necesaria para alcanzar la consistencia normal de las pastas de
cemento.
Tabla 4-1.- Resultados ensayo de Consistencia Normal de las Pastas
34%
31%
Gris alta resistencia 175 35%
Gris corriente 170
28%
Blanco Huascarán 150 30%
Blanco Tolteca 155
Tipo de cemento
Agua de consistencia normal
(ml.) % Agua respecto a peso del cemento
Blanco Puma 140
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 4-1.- Porcentajes de Agua de Consistencia Normal requerida por
los Cementos Blancos en relación a los Cementos Grises.
34% 35% 31% 30%28%
0%
15%
30%
45%
% A
gu
a
Griscorriente
Gris altaresist.
BlancoTolteca
BlancoHuascarán
BlancoPuma
% AGUA DE CONSIST. NORMAL RESPECTO DEL PESO DEL CEMENTO SECO
Fuente: Elaboración propia
60
La cantidad de agua requerida por los cementos para alcanzar la
consistencia normal se expresa en porcentaje respecto del peso seco del
cemento. En este caso, el peso correspondiente a cada cemento fue de 500 mg.
El gráfico 4-1. Muestra claramente que mientras las mezclas de
cemento gris necesitaron cantidades de agua por sobre los 170 ml, es decir,
entre un 34% - 35% de agua en relación al peso del cemento gris, los cementos
blancos requirieron en promedio cantidades entre los 140 ml y los 155 ml de
agua, vale decir, entre un 28% - 31% de de agua en relación al peso del
cemento blanco.
4.2.- Tiempos de Fraguado Inicial y Final de la pasta de Cemento
Los tiempos inicial y final de fraguado se muestran en la tabla 4-2.
Tabla 4-2.- Resultados ensayo de Determinación del Inicio y Término de
Fraguado de las Pastas de Cemento.
Gris alta resistencia 130
Fin de fraguado (min.)
Gris corriente 160 240
Tipo de cemento Inicio de fraguado (min.)
Blanco Puma 90
Blanco Tolteca 110
Blanco Huascarán 40
210
150
210
190
Fuente: Elaboración propia.
61
—Desarrollo del proceso de fragüe
Tabla 4-3.- Evolución del proceso de Fraguado. Penetraciones medidas
desde el fondo del molde.
Gris corriente
Gris alta resist. Tolteca Huascarán Puma
3 3 4 4 49 4 4 11 712 8 19 12 918 23 27 14 1830 29 32 18 2433 31 35 20 3536 33 37 30 3639 35 39 38 3940 40 40 40 40
Penetración desde el
fondo (mm.)
Fuente: elaboración propia
• En relación al proceso de fraguado (grafico 4-2), de los cemento
blancos Tolteca y Puma, estos se desarrollaron en forma normal y constante; los
tiempos que tardaron ambas variedades en comenzar a fraguar fueron 110 min.
Y 90 min. Respectivamente, mientras que sus correspondientes términos de
fraguado se registraron a los 210 min. Y 190 min. De iniciadas las mezclas. Por
su parte el proceso de fragüé del cemento blanco Huascarán se desarrolló en
forma anormal. Se caracterizó por comenzar a fraguar en un tiempo
excesivamente corto (40 min.), este valor está 5 minutos por debajo del tiempo
inicial mínimo requerido por la normativa chilena para cementos de grado
corriente y 20 minutos por debajo de las exigencias para cementos de grado alta
resistencia. Su término de fraguado lo registró a los 150 minutos de preparada la
muestra por lo que se mantuvo dentro de los valores estipulados por la norma.
Cabe señalar que el ensayo para determinar los tiempos de fraguado inicial y final
del cemento Huascarán fue repetido en reiteradas ocasiones, considerando que
posiblemente un error en la realización del ensayo o en los registros del tiempo
pudieron afectar los resultados, sin embargo, no se presentaron mayores
variaciones de estos.
62
Gráfico 4-2.- Penetraciones y Desarrollo del proceso de Fraguado de
cementos blancos y grises.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Pen
etr
ació
n (
mm
.) m
ed
ida d
esd
e e
l fo
nd
o
Gris corriente Gris alta resist. Tolteca Huascarán Puma
Fuente: Elaboración propia.
4.3.- Trabajabilidad del Mortero de Cemento ─ Método del
Asentamiento del Cono
Los resultados del ensayo de docilidad, determinada mediante el ensayo
de asentamiento del cono, se muestran en la tabla 4-4.
Tabla 4-4.- Resultados ensayo de Trabajabilidad del Mortero de Cemento
(Asentamiento del Cono).
Gris corriente 1,7
Gris alta resist. 1,1
Blanco Tolteca 2,1
Blanco Huascarán 1,9
Blanco Puma 2,2
CementoPromedio
Asentamiento del cono (cm.)
Fuente: Elaboración propia
63
Tabla 4-5.- Variación porcentual entre el Asentamiento del Cono
(Trabajabilidad) de los Cementos Blancos respecto de los Cementos
Grises.
Variación con respecto a (%.)
Cemento gris corriente
Cemento gris alta resistencia
BlancoTolteca 2,1 24% 91%
Promedio Asentamiento
cono (cm.)Tipo de cemento
Gris alta resist.
Blanco Huascarán 1,9 11,8% 72,7%
Blanco Puma 2,2 29,4% 100%
1,1 — —
Gris corriente 1,7 — —
Fuente: Elaboración propia
Se presentó gran similitud en el descenso de los tres cementos blancos,
las mediciones indicaron 2,1 cm. Para Tolteca, 1,9 cm. Huascarán y 2,2 cm. En el
cemento Puma. Así las variedades Tolteca y Puma presentaron un aumento en la
trabajabilidad de un 72,7% y 100% (respectivamente) en relación a la
presentada por el cemento gris de alta resistencia.
4.4.- Resistencias Mecánicas del Mortero de Cemento
4.4.1.- Resultados ensayo de Resistencias a la Flexión
Los resultados de los ensayos realizados a los cementos para
determinar sus respectivas resistencias a la flexión, se encuentran detallados en
la tabla 4-6.
64
Tabla 4-6.- Resultados ensayo de Resistencias a la Flexión del mortero de
cemento.
Tipo de cemento
Gris corriente
Gris alta resistencia
Blanco Tolteca
Blanco Huascarán
Blanco Puma
Día 3 Día 7
47 59
89 96
44 55
Día 14 Día 21 Día 28
Resistencias a la flexión (kg/cm2)
83 87 91
86 96 99 106 110
121 122 127
57 84 93 98 104
6260 60
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 4-3.- Evolución de las resistencias a esfuerzos de Flexión
919696
8493
98104
60 60 62
8783
59
47
86
110106
9989
121 122 127
57
55
44
0
20
40
60
80
100
120
140
Día 3 Día 7 Día 14 Día 21 Día 28
Resis
t. F
lexió
n (
kg
/cm
2)
Gris corriente Gris alta resist. B.Tolteca B.Huascarán B.Puma
Fuente: Elaboración propia
Tabla 4-7.- Variación porcentual de la flexión de los cementos blancos
c/r al cemento gris corriente.
(-) 31% (-) 31,9%Puma (-) 6,4% (-) 6,8% (-) 27,7%
12,6% 14,3%
Tolteca 89% 62,7%
Huascarán 21,3% 42% 12%
45,8%
Cemento blanco
Variación porcentual de la flexión del cemento blanco c/r al cemento gris corriente (%.)
Día 3 Día 7 Día 14 Día 21 Día 28
40,2% 39,6%
Fuente: Elaboración propia
65
Tabla 4-8.- Variación porcentual de la flexión del cemento blanco c/r al
cemento gris alta resistencia.
Cemento blanco
Variación porcentual de la flexión del cemento blanco c/r al cemento gris alta resistencia (%.)
Día 3 Día 7 Día 14 Día 21 Día 28
15% 17%
(-)7,5% (-)5,5%
Tolteca 3,5%
Huascarán (-) 33,7% (-) 12,5% (-) 6,1%
0% 22,2%
(-) 43,4% (-) 43,6%Puma (-) 48,8% (-) 42,8% (-) 39,4%
Fuente: Elaboración propia
Las resistencias a la flexión presentadas por el cemento blanco Tolteca
fueron en todas las mediciones superiores a las desarrolladas por los demás
aglomerantes blancos y grises.
Al analizar según tablas 4-7 y 4-8 la flexión del cemento Tolteca
respecto del cemento gris corriente, las diferencias son bastante amplias,
generándose el día 28 una variación del orden del 40 % más de flexión del
aglomerante blanco en relación al gris grado corriente.
Las diferencias surgidas con el cemento gris de alta resistencia
comienzan a ser evidentes desde el día 14 en adelante, pues durante los días 3 y
7 ambos cementos (Tolteca y gris de alta resistencia) presentaron flexiones casi
idénticas. Las diferencias de flexión vistas el día 14 fueron disminuyendo hacia el
día 28 en donde finalmente se registró una diferencia del 17% entre la flexión del
cemento blanco Tolteca respecto de la desarrollada por el gris de alta resistencia.
El comportamiento del cemento blanco Huascarán, en cuanto al
desarrollo de su flexión se registró de forma regular, mostrando el día 7 valores
cercanos a los presentados por el cemento gris de alta resistencia, valores que se
estrechan mas hacia el día 28, en donde el cemento blanco Huascarán presentó
apenas un 5,5% menos de flexión que el aglomerante de alta resistencia. Las
diferencias surgidas respecto del cemento gris corriente fueron más amplias,
66
presentando en todas las mediciones resistencias a la flexión superiores a las del
aglomerante gris corriente.
4.4.2.- Resultados ensayo de resistencias a la Compresión
Los resultados del ensayo de compresión realizado a cada uno de los cementos
en estudio se han detallado en la tabla 4-9.
Tabla 4-9.- Resultados ensayo de Resistencia a la Compresión del
Mortero de Cemento.
142 170Blanco Puma
85 134 137
425 508
Blanco Tolteca300
Blanco Huascarán125 235 406
450 511
306 359
434 478
531 609
Gris alta resistencia 297 372 422
Gris corriente84 127 263
Tipo de cementoResistencias a la compresión (kg/cm2)
Día 3 Día 7 Día 14 Día 21 Día 28
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 4- 4.- Evolución de las resistencia a esfuerzos de Compresión
359
84
306263
127
297
372
478434422
300
450
511 531
609
508
425406
235
125
85
137 142 170134
0
100
200
300
400
500
600
700
Día 3 Día 7 Día 14 Día 21 Día 28
Resis
t. C
om
pre
sió
n (
kg
/cm
2)
Gris corriente Gris alta resist. B.Tolteca
B. Huascarán B. Puma
Fuente: Elaboración propia.
67
Tabla 4-10.- Variación porcentual de la resistencias a la Compresión de
los cementos blancos c/r al cemento gris corriente.
(-) 47,9% (-) 53,5%
69,30%
41,50%
(-) 55,6%
94,30% 73,50%
54,40% 38,90%
Tolteca
Huascarán
Puma
254,30%257%
48,80% 85%
1,20% 5,50%
Cemento blanco
Día 3 Día 7
Variación porcentual de la compresión del cemento blanco c/r al cemento gris corriente (%.)
Día 14 Día 21 Día 28
Fuente: Elaboración propia
Tabla 4-11.- Variación porcentual de la resistencias a la Compresión de
los cementos blancos c/r al cemento gris alta resistencia
(-) 67,3% (-) 64,4%Puma (-) 71,3% (-) 64% (-) 67,5
(-) 2,1% 6,30%
Tolteca 1% 21%
Huascarán (-) 57,9% (-) 36,8 (-) 3,8%
21%
Cemento blanco
Variación porcentual de la compresión del cemento blanco c/r al cemento gris alta resistencia (%.)
Día 3 Día 7 Día 14 Día 21 Día 28
22,40% 27,40%
Fuente: Elaboración propia.
El cemento blanco Tolteca presentó un excelente comportamiento en
términos de desarrollo de resistencias a la compresión, las mediciones indicaron
que desarrolla altas resistencias iniciales, específicamente los días 3 (300
kg/cm2) y 7 (450 kg/cm2), en donde superó al aglomerante gris de grado
corriente en un 257% y un 254,3% respectivamente.
Respecto del cemento gris de alta resistencia, las diferencias se
presentaron más holgadas, pero siempre superiores para el aglomerante blanco;
si bien es cierto sus resistencias a la compresión fueron muy similares
(especialmente durante la medición del día 3, en donde el cemento Tolteca marcó
300 kg/cm2 y el gris de alta resistencia 297 kg/cm2, registrándose una diferencia
de apenas un 1%), hacia los días 7, 14 y 21, Tolteca mantiene una superioridad
68
del orden del 21-22%, finalmente presenta el día 28 un 27,4% más de
resistencia a la compresión que el aglomerante de alta resistencia y un 69,3%
mas respecto del gris corriente.
Los valores de las resistencias a la compresión del cemento blanco
Huascarán se presentan bajos en las primeras mediciones, sin embargo estas
aumentan y se estabilizan desde el día 14 en adelante, registrándose en el
proceso un comportamiento similar al cemento gris de alta resistencia.
Las resistencias a la compresión desarrolladas por el cemento blanco
Puma, son hasta el día 7 similares a las presentadas por el cemento gris corriente
y muy por debajo de las presentadas por las otras variedades de cementos
blancos y gris de alta resistencia. Llama la atención que este cemento no
experimenta un aumento en su resistencia a la compresión entre los días 14 y
21, la cual se mantiene muy baja con un valor de apenas 137 kg/cm . El día 28
este aglomerante registró una compresión de 170 kg/cm lo que indica un 55, 6%
menos de compresión que el cemento gris corriente y un 64,4% menos de
compresión que la variedad de alta resistencia.
2
2
69
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES
Finalizada la experiencia, y siempre teniendo en cuenta la limitación
que supone el escaso número de cementos blancos caracterizados, se han podido
obtener las siguientes conclusiones principales:
—Con respecto a la Consistencia Normal de las pastas de cemento.
• Se constató que los cementos blancos requieren una menor cantidad de
agua para alcanzar la Consistencia normal de las pastas (5% menos
aproximadamente), en relación a las dosis solicitadas por los cementos grises
corriente y alta resistencia.
—Con respecto a los Tiempos de Fraguado de las pastas de
cemento.
• La tendencia indicó que los cementos blancos comienzan a fraguar más
tempranamente y que el proceso completo de fragüe, desde la mezcla de las
pastas hasta el fin de fraguado, lo desarrollan en un tiempo ostensiblemente
menor, en comparación con los cementos grises corriente y alta resistencia.
• Queda en evidencia que el cemento blanco Huascarán no cumple con
los requisitos de tiempos mínimos de inicio de fraguado estipulados en la norma
NCh 148, comenzando a fraguar 5 minutos por debajo del tiempo inicial mínimo
requerido para cementos de grado corriente y 20 minutos por debajo de las
exigencias para cementos de grado alta resistencia. Las demás variedades de
cementos en estudio cumplen satisfactoriamente las exigencias establecidas en la
norma. (gráfico 5-1).
70
Gráfico 5-1.- Tiempos de Fraguado Inicial y Final de los Cementos
Blancos respecto de los mínimos exigidos por la NCh 148.
60
720
45
600
110210
40
15090
190
0100200300400500600700800
Tie
mp
o d
e i
nic
io y
fi
n d
e f
rag
uad
o
(min
.)
NCh 148 C.corrte
NCh 148 C.alta resist.
Tolteca Huascarán Puma
Inicio de fraguado Fin de fraguado
Fuente: Elaboración propia.
—Con respecto a la Trabajabilidad del mortero de cemento.
• Las tres variedades de cemento blanco, experimentaron para una
misma cantidad de agua (500 ml), un mayor descenso del cono respecto de los
cementos grises, esto indica que las argamasas blancas requieren de una menor
cantidad de agua para obtener un mismo asentamiento respecto de los cementos
grises corriente y alta resistencia, demostrando con esto que poseen una mayor
trabajabilidad.
—Con respecto a las Resistencias mecánicas del mortero de
cemento.
Resistencia a la Flexión del mortero de cemento:
• La tendencia de los resultados indicó que los cementos blancos en
estudio son capaces de desarrollar resistencias a esfuerzos de flexión con valores
que cumplen con los mínimos señalados en la norma NCh 148. (Gráfico 5.2.-).
71
• Específicamente podemos señalar que Tolteca presentó los valores más
elevados superando el día 28 en un 39,6% y 17% a los cementos grises
corriente y alta resistencia, respectivamente.
• Por su parte Huascarán demostró que su resistencia final a esfuerzos de
flexión (día 28) es superior a la del cemento gris corriente, pero inferior a la del
cemento gris alta en un 5,5%.
• Puma presentó un escaso aumento de su resistencia a la flexión (18 kg
/cm2, entre la primera y la última medición); durante la medición del día 28 las
resistencias a la flexión presentadas por este aglomerante blanco son un 31,9% y
un 43,6% más bajas que las registradas por los cementos grises corriente y alta
resistencia, respectivamente.
Gráfico 5-2.- Resistencias a la Flexión de los Cementos Blancos respecto
de los mínimos exigidos por la NCh 148.
127
9684
104
5562
354545
55
0
20
40
60
80
100
120
140
Día 7 Día 28
Res
ist. F
lexi
ón (k
g/cm
2)
Tolteca
Huascarán
Puma
NCh 148 C.CorrienteNCh 148 C. Altaresist.
Fuente: Elaboración propia.
72
Resistencia a la Compresión del mortero de cemento:
• Las diferencias significativas en el comportamiento (valores e incrementos
de las resistencias) surgidas entre las tres variedades de cementos blancos
impiden establecer una tendencia general acerca de los cementos blancos y su
desempeño frente a esfuerzos de compresión.
• Cemento blanco Tolteca, demostró ser un aglomerante que desarrolla
elevadas resistencias iniciales a esfuerzos de compresión, sus valores durante la
medición registrada el día 7, superan en un 254,3% y 21% a los cementos grises
corriente y alta resistencia, respectivamente. Su comportamiento en general se
asimila al de un cemento de alta resistencia; Sus valores durante la última
medición sobrepasan en un 69,3% y 27,4% a los cementos grises corriente y
alta resistencia, mientras que el incremento total en su resistencia a la
compresión a los 28 días fue de un 103% en comparación con los 60,9% de
aumento presentados por el mortero fabricado en base a cemento gris de alta
resistencia.
• Por su parte los ensayos permitieron establecer que el aglomerante
blanco Huascarán desarrolla bajas resistencias iniciales a esfuerzos de
compresión, estos valores aumentan progresivamente hacia el día 28
sobrepasando finalmente en un 6,3% los valores presentados por el cemento
gris alta resistencia; el incremento total en su resistencia fue de un 75,4%.
• El cemento blanco Puma presentó durante todas las mediciones
resistencias a esfuerzos de compresión con valores muy por debajo a los
registrados por el cemento gris grado corriente. Su comportamiento, el cual casi
no registró aumento, en ningún caso se asemeja al de un cemento grado
corriente; su resistencia final a los 28 días fue de 170 kg/cm2, este valor se
encuentran por debajo de los mínimos exigidos por la NCh 148.
73
Gráfico 5-3.- Resistencias a la Compresión de los Cementos Blancos
respecto de los mínimos exigidos por la NCh 148.
609
450508
235
134170
250
180
250
350
0
100
200
300
400
500
600
700
Día 7 Día 28
Resis
t. C
om
pre
sió
n (
kg
(cm
2)
ToltecaHuascaránPumaNCh 148 C. CorrienteNCh 148 C. Alta resist.
Fuente: Elaboración propia.
—Conclusión Final
• Por último y como conclusión general podemos afirmar que los cementos
blancos (a excepción del cemento Puma) cumplen con los requerimientos de
especificaciones estándar para cementos de grado corriente y de alta resistencia
establecidos en la norma chilena NCh 148; y que sus características de buena
trabajabilidad, fraguados ajustables en el tiempo, y el excelente desarrollo de
resistencias a la compresión (superiores a las del cemento gris), lo clasifican
como un cemento de alta resistencia, apto para uso estructural, dejando en claro
además, la igualdad de usos y de condiciones con que puede utilizarse en
relación al cemento gris, pero proporcionando una calidad superior en términos
estructurales y estéticos.
74
ANEXO A
Cálculo de las resistencias a la flexión y a la compresión de
probetas RILEM
De acuerdo a la Norma chilena NCh 158 Of.1967 Ensayo de flexión
y Compresión de mortero cemento, se realizarán los ensayos a las probetas
RILEM, obtenidas por cada preparación de mortero correspondiente a cada tipo
de cemento.
Los pasos a seguir para hacer y ensayar una probeta rilem fueron
descritos en el capítulo III, secciones 3.5.3 “Preparación del mortero normal de
cemento” y 3.5.4 “Determinación de las resistencias mecánicas – Resistencias a
la flexión y a la compresión del mortero de cemento”.
Los ensayos realizados para obtener las resistencias a la compresión
correspondiente a los días 3 y 7 y las resistencias a la flexión, se hicieron en la
prensa CBR.
Obtenidas las lecturas de los ensayos, se aplican a dichos valores la
constante del anillo
C = Carga x 5,79 + 59,99 (kg) Ec. (1)
Para luego aplicarla en las fórmulas correspondientes a flexotracción y
compresión.
Fórmula de Flexión σf = C x 0,234 (kg/cm2) Ec. (2)
Fórmula de Compresión σc= C / A (kg/cm2) Ec. (3)
Donde; A: es el área de sección de la probeta y que corresponde a 16 cm2.
0,234: Constante que depende de la distancia entre los apoyos.
Los ensayos para calcular las resistencias a la compresión correspondientes
a los días 14, 21 y 28 se realizaron en la prensa de compresión, donde las
mediciones se leen en megapondio (Mp).
1 Megapondio = 1000 kilogramos
Obtenidas las lecturas de la prensa de compresión, las resistencias se
obtienen a través del siguiente cálculo:
Fórmula de Compresión σc= P / A (kg/cm2) Ec. (4)
Donde; P: Lectura de la Prensa de compresión
A: Área de contacto igual a 16 cm2.
BIBLIOGRAFÍA
CZERNIN, W. 1963. La Química del Cemento. Ediciones Palestra.
MALDONADO, BELISARIO. 1968. Manual sobre Tecnología del Cemento,
Empresas Industriales “El Melón” S.A.
INSTITUTO CHILENO DEL CEMENTO Y DEL HORMIGÓN. ICH, 1989. Manual
del Mortero.
INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN. NCh 148. Of. 1968. Cemento
— Terminología, Clasificación y Especificaciones Generales.
INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN. NCh 151. Of. 1968. Cemento
— Método de Determinación de la Consistencia Normal.
INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN. NCh 152. Of. 1971. Cemento
— Método de Determinación del Tiempo de Fraguado.
INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN. NCh 158. Of. 1967. Cementos
— Ensayo de Flexión y Compresión de Morteros de Cemento.
INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN. NCh 2257/3. Of. 1996.
Morteros — Determinación de la Consistencia — Parte 3: Método del
Asentamiento del Cono.
INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO, A.C. Revista
Construcción y Tecnología - Enero 2001. Disponible en www.imcyc.com.
Consultado el 5 de diciembre de 2005.
INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO. Cemento Blanco
para Concreto de Alto Desempeño. Disponible en www.imcyc.com, A.C. Revista
Construcción y Tecnología - Enero 2001. Consultado el 5 de diciembre de 2005.
ARCHITECTURAL AND DECORATIVE CONCRETE. About white Portland
cement. Disponible http://www.cement.org/basics/concretebasics_history.asp.
Consultado el 19 de abril de 2006.
CEMENT AND CONCRETE BASICS. History & manufacture of Portland cement.
Disponible http://www.cement.org/basics/concretebasics_history.asp. Consultado
el 19 de abril de 2006.
CEMENTO BLANCO HUASCARÁN. Cemento Blanco. Disponible en
http://www.agregadoscalcareos.com.pe/presentacion.html. Consultado el 19 de
junio de 2006.
CEMENTO BLANCO TOLTECA. Cemento Blanco. Disponible en
http://www.cerroblanco.com.ar/productos/cemento_tolteca.html Consultado el 8
de junio de 2006.
CONCRETE TECHNOLOGY. Frequently Asked Questions Q: How is white
cement different and why is it used in decorative concrete?. Disponible en
http://www.cement.org/tech/faq_white_cement.asp. Consultado el 19 de junio
de 2006.
LAFARGE. INVENCIÓN DEL CEMENTO. Disponible en
www.lafarge.com/lafarge_en/htm/invention_cement. Consultado el 6 de enero de
2006.
SUPLEMENTO INFORMATIVO INMOVILIARIO. Construir en Blanco. Disponible
http://www.nacion.com/suplemento-m/2006/abril/01/nota7.html. Consultado el
19 de junio de 2006.